Sangle en matériau thermoplastique
La présente invention a pour objet une sangle en matériau thermoplastique.
On utilise depuis longtemps des bandes en acier pour attacher et effectuer toutes sortes d'opérations d'empaquetage. On a déjà utilisé différents dispositifs pour fixer les extrémités de la bande en acier, ces dispositifs comprenant des connecteurs, des joints enroulés, des joints non scellés ou joints à déchirure. Le principe est toujours de former une boucle autour de l'objet, de serrer la boucle autour de l'objet et ensuite de fixer ensemble les extrémités opposées de la bande après les avoir amenées l'une sur l'autre et dans le prolongement l'une de l'autre.
Les bandes en matériau plastique ont été utilisées dans les opérations d'attachage et d'empaquetage beaucoup plus tard, en jouant un rôle de plus en plus grand.
I1 existe de nombreuses applications pour lesquelles on n'utilise que les bandes en matériau plastique, notamment lorsque la résistance des bandes en acier n'est pas nécessaire. Par exemple, les bandes en matériau plastique étant plus élastiques et par conséquent plus extensibles que les bandes en acier, elles sont particulièrement indiquées pour attacher des paquets susceptibles de se dilater ou se contracter et pour attacher des paquets dont la manutention impose des chocs à la boucle.
On connaît déjà de nombreuses applications où la résistance de l'acier n'est pas requise et le nombre des nouvelles applications va en augmentant constamment.
De plus, la résistance des bandes de ligature en matériau plastique va en augmentant constamment au fur et à mesure de la découverte de nouveaux matériaux.
Par exemple, les bandes en matériau plastique orientées linéairement, en nylon et en polypropylène, et qui peuvent être obtenues facilement, offrent une résistance à la traction beaucoup plus grande que les bandes en matériau plastique introduites il y a quelques années seulement.
Les raisons qui ont motivé l'utilisation accrue de bandes en matériau plastique sont leur plus grande flexibilité et élasticité, ainsi que leur bas prix de revient. Un autre avantage des bandes en matériau plastique est la facilité avec laquelle on peut les disposer.
De nombreuses recherches ont été effectuées dans la technique de la fixation au moyen de liens en matériau plastique, ceci comme pour la fixation au moyen de bandes en acier.
I1 s'agissait de constituer une boucle et de la serrer et d'effectuer la fixation en formant un joint enveloppant pendant que les extrémités opposées de la bande étaient maintenues immobiles et en alignement. ceci comme dans l'utilisation de liens en acier. La résistance d'un tel joint enveloppant dépend de l'emboîtement mécanique obtenu en superposant les deux brins de la bande.
Ces joints enveloppants ne se sont pas révélés très efficaces; la faiblesse des bandes en matériau plastique en ce qui concerne les efforts tranchants, limite l'utilisa- tion des joints enveloppants dans laquelle on utilise les techniques d'emboîtage. Néanmoins. on a utilisé différentes formes de joints enveloppants.
De plus, on a déjà utilisé des boucles de types différents pour attacher manuellement différentes sortes de paquets.
En raison des difficultés pour l'obtention d'emboitage mécanique convenable avec des bandes en plastique, on a déjà envisagé différents dispositifs pour fondre les parties se superposant, des bandes thermoplastiques. On peut utiliser des mâchoires appliquant de la chaleur et de la pression aux parties de la bande se superposant, ceci de façon à les ramollir et d'effectuer la fusion, ce qui a toutefois pour effet de modifier les caractéristiques et la résistance de la bande. D'autres possibilités résident dans le chauffage haute fréquence et à ultrason. Les effets dus au chauffage ainsi obtenu sont désavantageux, bien qu'un réglage puisse être effectué dans de larges limites.
Même le chauffage le plus efficace ne peut limiter l'application de chaleur aux surfaces actives qui doivent être ramollies ou fondues, ce qui rend les joints inefficaces et coûteux et, ce qui est encore plus important, conduit à une modification irréversible des caractéristiques du matériau plastique à l'endroit du joint.
De plus, les dispositifs nécessaires sont, dans bien des cas, coûteux, ce qui en interdit l'utilisation.
L'invention a pour but d'éliminer, au moins en partie, ces inconvénients en prévoyant une sangle en matériau thermoplastique qui est caractérisée en ce qu'elle présente sur la partie de sa longueur où ses deux extrémités sont réunies, une couche de contact, de structure cristalline différente de celle qu'elle présente sur le reste de sa longueur.
Dans une forme d'exécution préférée, la couche commune peut présenter en coupe longitudinale une biréfringence absolue de 0,003 et un rapport de biréfringence compris entre 0,08 et 0,45. Si la bande est en nylon 6-6, le rapport de biréfringence est de préférence compris entre 0.08 et 0,15, tandis que si elle est en polypropylène isostatique, le rapport de biréfringence est de préférence compris entre 0,20 et 0,45. Cette biréfringence est due à l'anisotropie provoquée par la couche de contact.
Le dessin représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de la sangle objet de l'invention:
la fig. 1 est une vue en perspective d'un objet sanglé par un lien constitué par une sangle thermoplastique en forme de boucle, dont les extrémités se recouvrant ont été amalgamées de façon à former un joint dont l'épaisseur est sensiblement le double de celle de la bande;
la fig. 2 est une vue partielle, en perspective et à plus grande échelle, représentant le joint obtenu par amal galion;
la fig. 3 est une vue en perspective à plus grande échelle d'une coupe effectuée avec précision dans le joint, ceci dans la direction de sa longueur, afin de constituer un échantillon permettant l'analyse microscopique, la direction de la coupe étant indiquée à la fig. 2 par des lignes en traits mixtes, la transmission de la lumière polarisée à travers l'échantillon s'effectuant de l'arrière vers l'avant;
la fig. 4 est une reproduction en noir et blanc d'une photomicrographie de couleur d'une coupe d'un joint obtenu par application d'un mouvement relatif frottant sur la surface d'une bande en polypropylène non orienté et relative à une forme d'exécution de la sangle;
la fig. 5 est une reproduction correspondante d'un joint obtenu par un mouvement relatif frottant et représentant une autre forme d'exécution d'un joint formé dans une sangle de polypropylène à surface non orien tée;
la fig. 6 est une reproduction correspondante d'un joint qui a été obtenu par un mouvement frottant et représentant une autre forme d'exécution encore d'un joint en bande de polypropylène à surface non orientée;
la fig. 7 est une reproduction correspondante d'un joint qui a été obtenu par un mouvement frottant et qui est constitué par une sangle de polypropylène dont le corps et la surface sont orientés;
la fig. 8 est une reproduction correspondante d'un joint qui a été obtenu par un mouvement frottant et représentant une forme d'exécution semblable à celle de la fig. 6, mais le déplacement étant plus long;
la fig. 9 est une reproduction correspondante d'un joint formé entre les surfaces non orientées d'une sangle de polypropylène, et qui a été obtenu par une lame chaude;
la fig. 10 est une reproduction correspondante d'un joint formé entre la surface désorientée d'une sangle de polypropylène, et qui a été obtenu par des ultrasons;
la fig. 11 est une reproduction correspondante d'un joint obtenu par application d'un mouvement frottant à une sangle de nylon et représente une forme d'exécution correspondant à celle des fig. 6 et 8 ;
la fig. 12 est une reproduction correspondante d'un joint obtenu par application d'un mouvement frottant à une sangle de nylon semblable à celle de la fig. 11 ;
la fig. 13 représente par analogie une reproduction correspondante d'un joint formé dans une sangle de nylon à l'aide d'une lame chauffée;
la fig. 14 est une reproduction correspondante d'un joint formé dans une sangle de nylon par chauffage haute fréquence;
les fig. 15 et 16 sont des vues depuis dessus et dessous d'un joint terminé, selon une autre forme d'exécution.
La fig. 1 du dessin représente un paquet terminé dans lequel un lien constitué par une sangle en matériau thermoplastique sangle un objet A. Le lien est constitué par une boucle fermée constituée par une bande S. Il présente une face principale 20, tournée vers l'intérieur, et une face principale 21 tournée vers l'extérieur. La boucle présente deux parties, U et L, délimitant une région de fermeture présentant un seul joint J amalgamé par application d'un mouvement frottant.
Le joint est formé entre les surfaces en contact des parties U et L, et est sensiblement localisé à la surface afin d'éviter de détruire les propriétés résultant de l'orientation dans les régions intérieures de la bande. Le joint est représenté à plus grande échelle à la fig. 2 où les extrémités sont représentées en traits interrompus.
Ainsi, le joint est constitué par une partie longitudinale de la bande, et présente une épaisseur sensiblement double et sensiblement de même constitution chimique dans toute son épaisseur.
Le joint présente une couche commune 22 disposée longitudinalement et constituée par des parties amalgamées et resolidifiées des faces principales de la bande.
La fig. 3 représente une coupe 23 effectuée à travers le joint J selon la ligne en traits mixtes B de la fig. 2. La couche commune est exagérée en ce qui concerne l'épaisseur et elle présente une face 24 dirigée vers l'intérieur, amalgamée sur une grande surface, avec une couche 25 non fondue de la partie L de la bande. Cette couche commune présente également une face intérieure 26 dirigée vers l'extérieur et amalgamée sur une grande surface avec une couche non fondue 27 de la partie extérieure B de la bande.
Les joints amalgamés par frottement peuvent être facilement contrôlés de façon à présenter une résistance à la traction égale à 60 à 90 o/o de celle de la bande.
Dans le cas de bandes de nylon ou de polypropylène, de 1,27 cm de largeur (1/2") et de 0,38 mm à 1,65 mm d'épaisseur (0,015" à 0,065"), la longueur du joint peut être comprise entre 2,5 et 5 cm (1" et 2").
Le joint amalgamé peut être formé par une bande de n'importe quel matériau thermoplastique constitué par de longues chaînes de molécules polymérisées. Des matériaux utilisables sont les polyoléfines, en particulier le polypropylène isotactique, le polyéthylène à haute densité et les copolymères du propylène et de l'éthylène; les polyamides, en particulier le superpolyhexaméthylène adipamide (nylon 6-6) ; les polyacétals, en particulier les polymères de la formaldéhyde; et les polyesters, en particulier le téréphtalate de polyéthylène.
Les matériaux thermoplastiques préférés sont le nylon 6-6 et le polypropylène isostactique, ainsi que le mélange de ce dernier avec les copolymères de propylène et d'éthylène. La bande thermoplastique peut être constituée uniquement par la résine ou peut contenir des pigments, des plastifiants, des matières de remplissage antioxydantes, des colorants, des matières de protection contre la lumière ultraviolette, etc.
De préférence, le lien est formé autour de l'objet en constituant une boucle encerclant étroitement l'objet et présentant des parties qui se recouvrent pour former le joint.
La boucle est maintenue en contact avec l'objet. tandis que l'on effectue la fusion et la solidification des parties superposées U et L. La fusion est effectuée simultanément sur une aire étendue des deux faces en contact, ceci en imprimant un mouvement relatif frottant et en appliquant simultanément une pression relativement élevée, la boucle étant toujours maintenue en contact avec l'objet.
Les surfaces fondues des parties de la bande qui se superposent sont appliquées ensemble de façon continue sous l'effet de la pression, afin de les maintenir immobiles pendant la solidification et l'amalgation de la couche commune 22 pour terminer le joint. Les structures du joint présentent un certain nombre de caractères communs bien qu'ils puissent être produits par des techniques différentes pour imprimer le mouvement relatif frottant aux surfaces superposées de la bande. Ces techniques sont mises en oeuvre par des dispositifs de déplacement à une course, les reproductions de photomicrographie de coupe correspondante étant représentées aux fig. 4 et 5, et le matériau constituant la bande étant constitué par du polypropylène.
On a également développé un dispositif à plusieurs courses, les reproductions des photomicrographies des coupes effectuées dans un joint ainsi obtenu étant représentées aux fig. 6 à 8 pour un matériau constitué par du polypropylène et aux fig. 1 1 à 12 pour un matériau constitué par du nylon.
A titre de comparaison et pour montrer les diffé
rences marquées avec les autres types de joints obtenus par amalgation, on a représenté à la fig. 9 un joint obtenu à l'aide d'une lame chauffée pour le polypropylène, et à la fig. 13 pour le nylon.
Un tel joint est obtenu en interposant un élément chauffé entre les parties superposées de la bande, qui doivent être fondues et amenées en contact, après quoi les régions en question sont amalgamées en exerçant une pression, ceci après que l'élément chauffant a été enlevé.
La fig. 10 représente un joint en polypropylène amalgamé par application d'ultrasons, et la fig. 14 représente un joint en nylon amalgamé par application de haute fréquence. Un caractère important des joints amalgamés par frottement réside dans l'orientation longitudinale des molécules de la couche commune 22 comme indiqué par les valeurs de la biréfringence données plus loin.
Les variations de la biréfringence des différentes couches et région d'un joint sont décelables à l'aide d'un microscope polarisé et elles permettent de déterminer de façon précise le contour transversal d'un échantillon, afin de mesurer l'épaisseur, les variations de l'épaisseur et les variations du profil du joint et de ses couches constitutives. Dans le présent exemple, la biréfringence a été déterminée quantitativement à l'aide d'un microscope polarisé, ceci par les techniques bien connues. En gros. on polarise un rayon de lumière blanche en le faisant passer à travers un polariseur, après quoi on le fait passer à travers une tranche étroite de la bande, par exemple une tranche de 15 à 20 microns d'épaisseur. Le rayon est dirigé de l'arrière vers l'avant relativement à la fig. 3.
Le passage à travers la bande biréfringente décompose la lumière polarisée en deux composantes vibrant uniquement dans deux plans définis perpendiculaires l'un à l'autre et parallèles à la direction de propagation du rayon lumineux. En raison de la différence de la vitesse de propagation de la lumière dans les différentes directions de vibrations, l'une des composantes sera déphasée en arrière par rapport à l'autre. Ce déphasage est défini comme étant un retard et dépend de l'épaisseur de la coupe ainsi que de la biréfringence de la région exposée à la lumière. Après avoir passé à travers la bande, les composantes passent à travers un second polariseur tourné de 90O par rapport au premier (dénommé l'analyseur), ce qui provoque l'amenée des deux composantes dans le même plan de vibration.
Etant donné que l'une des composantes polarisées a été retardée par rapport à l'autre, les deux composantes recombinées seront déphasées et certaines longueurs d'ondes de la lumière blanche seront renforcées. tandis que d'autres seront diminuées ou supprimées.
De cette façon, la lumière blanche est transformée en lumière de couleur lorsqu'elle passe successivement à travers (1) un polariseur, (2) la bande thermoplastique biréfringence et (3) un analyseur. La nuance des couleurs qui apparaît dans le microscope est déterminée par l'amplitude du retard, laquelle dépend elle-même de la valeur de la biréfringence de la bande et de l'épaisseur de l'échantillon traversé. Les couleurs sont ordonnées suivant la valeur du retard.
La valeur du retard peut être déterminée en comparant la couleur obtenue avec les cartes de couleurs publiées ou avec la couleur obtenue avec des matériaux dont la biréfringence est connue. Les rapports de biréfringence donnés dans les cartes qui suivent sont obtenues en calculant les rapports entre des mesures de retard faites en estimant visuellement les couleurs d'interférence relativement à des cartes standards.
Les retards sont donnés en millimicrons. Lorsque l'épaisseur est constante, les valeurs des rapports de retard sont identiquement égales aux rapports des valeurs de biréfringence de deux régions à comparer. Ainsi, les rapports des biréfringences fournissent une mesure de la structure cristalline relative ou des différences d'orien tation des chaînes de molécules dans deux régions différentes.
La théorie et la pratique des mesures de biréfringence sont exposées dans les textes suivants 1. Chamot and Mason: Handbook of Chemical Mi
croscopy; Third Edition, Vol. 1 (Wiley, New York,
1958) Chapters 10 and 12.
2. Heyn: Fibre Microscopy (Interscience, New York,
1954) Chapters XX and XXI.
3. Preston: Fibre Science, (The Textile Institute, Man
chester, England, 1949).
4. Stoves: Fibre Microscopy, (National Trade Press,
London, 1957).
Pour n'importe quelle coupe effectuée dans le joint, l'épaisseur de régions adjacentes peut être considérée comme étant uniforme. Il est difficile, toutefois, de s'assurer que toutes les coupes effectuées sont de même épaisseur, ceci en raison du déplacement de la lame. Les rapports de biréfringence relatifs à des zones différentes du même échantillon peuvent être déterminés avec précision en raison de l'égalité de l'épaisseur des régions adjacentes du même échantillon. En raison de la difficulté à effectuer des mesures précises de la biréfringence absolue, les données à ce sujet sont plus limitées.
Les différentes configurations de joint représentées aux fig. 4 à 14. se rapportent à différents matériaux, ainsi qu'à différentes techniques (tous les deux nouveaux et connus), ceci afin d'illustrer les seuls caractères communs aux joints selon la présente invention, ainsi que les différences essentielles avec les autres types de joints obtenus par amalgation.
Le joint représenté à la fig. 7 est constitué dans une bande en polypropylène isostatique.
Les joints représentés aux fig. 4 à 6 et 8 à 10 sont constitués dans des bandes sensiblement identiques, exception faite du fait que les surfaces de la bande ne sont pas orientées sur une profondeur de 0.025 mm à 0,075mi, afin d'augmenter la résistance au frottement et les propriétés correspondantes de la surface. Enfin, les joints représentés aux fig. 1 1 à 14 sont en nylon 6-6.
Le joint représenté à la fig. 4 est obtenu par un mouvement relatif frottant contrôlé, cette technique étant décrite en regard des fig. 4 et 5 du brevet No 439080.
En résumé, les parties U et L de la bande sont comprimées ensemble entre une paire de mâchoires à faces lisses et l'extrémité libre de la partie supérieure de la bande est tirée brusquement à travers les mâchoires afin de produire la fusion des surfaces de contact et ensuite elle est maintenue immobile pendant que la surface de contact se resolidifie afin de constituer la couche commune. Une pression d'environ 350 kilos par cm2 (5000 livres par pouce2) agissant sur des faces de mâchoires d'environ 4,44 cm de long (1 3/4"), avec un déplacement du bras supérieur en face des mâchoires d'environ 1,27 à 2,22 cm (1/2" à 7/8") constituent des conditions normales pour l'obtention du joint représenté à la fig. 4.
Le joint représenté à la fig. 5 a été obtenu en utilisant le mouvement relatif frottant décrit en regard des fig. 14 à 17 dans le brevet No 439080.
En résumé, les parties U et L sont comprimées ensemble entre une mâchoire mobile supérieure et une mâchoire inférieure immobile présentant une face lisse. La mâchoire supérieure est dentée et engage la partie superposée supérieure de la bande qui peut être tirée de façon à donner du mou, en même temps que la mâchoire mobile est déplacée à l'encontre d'un ressort. Le ressort imprime ensuite un déplacement unîdirectionnel à la mâchoire mobile et à la partie supérieure de la bande.
Des conditions caractéristiques pour la formation de ce joint sont: une longueur de la face de la mâchoire de 4,13 cm (1 5/8"), une pression de la mâchoire de 121 kg par cm2 (1500 livres par pouce2) pendant et après le déplacement, et un déplacement de 2,2 cm (7/8").
Une autre technique encore, faisant usage du mouvement relatif frottant contrôlé, a été utilisée pour constituer les joints représentés aux fig. 6 à 8 et 1 1 à 12. Cette technique est décrite dans notre brevet No 467694. Dans ce cas, les parties se superposant U et L étaient comprimées ensemble entré la surface dentée de la mâchoire supérieure et la surface lisse de la mâchoire inférieure, la mâchoire supérieure engageant le brin mou extérieur de la boucle, de façon à pouvoir effectuer un mouvement alternatif de faible amplitude dans le sens longitudinal.
Après un déplacement suffisant pour assurer la fusion. les mâchoires étaient comprimées ensemble et maintenues immobiles jusqu'à solidification complète de la couche commune. Des conditions caractéristiques pour la formation de ces joints sont: une longueur des faces de la mâchoire de 3,49 cm (1 3/8"), une pression des mâchoires d'environ 63 kg/cm2 (900 livres par pouce2), et un déplacement d'amplitude maximum d'environ 1,4 mm (0,055") à une cadence de 6500 cycles par minute. Ainsi, un mouvement d'une durée de deux secondes correspond à un déplacement total de 50 cm (20") et un mouvement de dix secondes correspond à un déplacement total de 250 cm (100").
Le joint obtenu présente, comme représenté aux fig.
15 et 16, des marques de dents 60 sur la partie supérieure
U, ces marques étant dues aux dents de la mâchoire supérieure, tandis que la région adjacente à la partie U présente des marques de dents 61, dues à une roue d'alimentation. En fait, les marques 61 de la roue apparaîtront également sur une partie ou sur toute la région présentant les marques de dents 60. Aucune marque de dents, d'aucun type, n'apparaît sur la partie inférieure L.
Le joint représenté aux fig. 15 et 16 présente des caractéristiques physiques uniques pouvant être facilement discernées. La surface commune provoquée par le mouvement frottant et la solidification ultérieure sous pression forme une couche commune dont l'épaisseur est de 0,1 mm (0,004") et dont le contour est marqué par les faces des mâchoires.
Le joint présente un bord incurvé 62P (voir fig. 15) où des effets dus à la tensions peuvent apparaître sur la partie supérieure pendant et après la formation du joint.
De même, le joint présente un bord incurvé 64P (voir fig. 16) à l'extrémité de la mâchoire où la tension agit de façon continue sur la partie inférieure de la bande.
Dans chacun des cas, le bord du joint est constitué par une ligne courbe traversant la bande et dont la longueur totale est sensiblement plus grande que la largeur de la bande. Chacune de ces lignes constitue une ligne d'affaiblissement entre une région normale (ou non amalgamée) de la bande et une région adjacente entièrement amalgamée.
Cette ligne d'affaiblissement est due à la température, la pression et la tension qui agissent lors de la formation du joint. Les bords de joint à profil courbe se sont révélés beaucoup plus résistants que les bords de joint à profil rectiligne, lesquels peuvent se rompre lorsque le mouvement vibrant de la mâchoire est appliqué suffisamment longtemps. Dans le cas du brin supérieur de la bande, la rupture le long de la ligne d'affaiblissement est rendue critique en raison des marques de dents imprimées par la roue d'alimentation dans cette région et, de ce fait, la forme incurvée joue un rôle important lorsque les marques de la roue d'alimentation ont été imprimées sur la bande pendant que la boucle est tirée autour de l'article.
Les bandes en polypropylène sont affaiblies lorsqu'elles sont trop courbées; lorsqu'elles sont trop minces (0,51 mm) elles peuvent se rompre le long de la ligne d'affaiblissement, ce problème étant aggravé par le marquage dû à la roue d'alimentation, cet effet étant toutefois atténué par la forme incurvée de la ligne d'affaiblissement.
Dans le cas de la partie supérieure U (fig. 15), la bande normale présente une langue centrale 65 ainsi que des langues latérales 66 moins prononcées, lesquelles font partie intégrante de la région agglomérée. La même configuration peut être utilisée pour le brin inférieur, excepté que cela peut gêner le coupage automatique de la bande.
En conséquence, la partie L présente des langues étroites 67, légèrement en saillies et faisant partie intégrante de la région amalgamée de la bande.
Après cette description des techniques de formation du joint, il est possible de considérer les données expérimentales relatives à chacun des joints représentés aux fig. 4 à 14. Les données importantes relatives aux dimensions concernent l'épaisseur de la couche commune, la variation de l'épaisseur de cette couche et également le contour de cette couche. Les caractéristiques structurales cristallines importantes, qui concernent l'orientation longitudinale des différentes régions, sont indiquées par des mesures de la biréfringence. Les dessins en noir et blanc ne fournissent qu'une indication grossière de la biréfringence, étant donné qu'il est nécessaire de considérer les variations de couleur si l'on veut représenter la biréfringence avec précision.
L'une des caractéristiques des joints obtenus par frottement est la variation de l'épaisseur de la couche commune qui est due à la face dentée ou rendue rugueuse d'une autre façon, de la mâchoire. Dans la table suivante, on a indiqué les épaisseurs maximum et minimum de la couche commune 22, ces valeurs ayant été mesurées dans des sections longitudinales comme représenté aux fig. 3 à 14. Les valeurs moyennes de ces maximums et de ces minimums, c'est-à-dire leur moyenne arithmétique, constitue une indication de l'effet de surface accru et de l'effet de rétention mécanique longitudinal dû à l'emboîtage.
Une autre caractéristique découlant de la table est l'épaisseur moyenne de la couche commune, laquelle est déterminée principalement par les valeurs maximums de cette épaisseur, étant donné que les minimums d'épaisseur ne se présentent qu'en des endroits de surface très petite.
Comme indiqué précédemment, les rapports de biréfringence calculés en faisant le rapport entre les retards dans la couche commune et dans les parties adjacentes de la bande fournissent des indications suffisamment précises, étant donné que l'épaisseur d'une coupe est uniforme pour des régions rapprochées. Les valeurs absolues de biréfringence ont été relevées uniquement pour le matériau constituant le corps, ceci par une méthode d'immersion laborieuse de Becke, décrite par Chamot et
Mason aux pages 313 à 321. La biréfringence absolue est donnée par un nombre sans dimension, puisqu'elle est la différence entre deux indices de réfraction pour les composantes de la lumière oscillant longitudinalement et transversalement dans la coupe effectuée.
Connaissant la biréfringence absolue du corps principal de la bande et les rapports de biréfringence, il est possible de calculer les valeurs absolues des biréfringences.
La table montre que les joints obtenus par frottement présentent une biréfringence absolue comprise entre + .003 et + .005. Des données supplémentaires relatives à des échantillons non compris dans les dessins, l'un pour le polypropylène et l'autre pour le nylon, montrent des exemples où la biréfringence absolue d'une couche commune produite par un mouvement alternatif est supérieure à + .007.
Un autre exemple utilisant du polypropylène dont les chaînes de molécules sont très sensiblement parallèles indique une biréfringence absolue de la couche commune de +.011.
La table donne des rapports de biréfringence pour la couche commune relativement à la biréfringence de la bande adjacente non fondue. Pour le nylon, les rapports de biréfringence sont de 0.008 pour les échantillons obtenus par frottement et donnés dans la table, mais un autre échantillon en nylon, produit par la technique du déplacement alternatif, a donné un rapport de biréfringence de 0.13.
A titre de comparaison, la durée caractéristique de la méthode à mouvement alternatif est de deux secondes.
Ainsi, les joints représentés aux fig. 6, 1 1 et 12 sont des cas caractéristiques obtenus par cette technique.
Pour le joint représenté à la fig. 8, on a appliqué le mouvement alternatif pendant 10 secondes. ceci
Epaisseur du joint Biréfringence
Totale Couche commune Rapport Partie adjacente
mm mm de la biréfringence Couche commune de la bande fig. 4 0,917 0,0305 0,30 + 0,005 + 0,017 fig. 5 0,929 0,0229-0,0356 0,25 + 0,004 + 0,017 fig. 6 1,016 0,0482-0,0914 0,31 + 0,005 + 0,017 fig. 7 1,019 0.132 -0,152 0,148-0,31 + 0,002-0,004 + 0,012 fig. 8 0,688 0,0406-0,124 0,186-0,275 + 0,003-0.005 + 0,017 fig. 9 0,915 0,32 0,04 + 0,001 + 0,017 fig. 10 0.882 0,145 -0,234 0,23 fig.
il 1,13 0,0203-0,0635 0,08 + 0,004 + 0,054 fig. 12 1,09 0,0178-0,0406 0,08 + 0,004 + 0,054 fig. 13 1.019 0,0965 0,015 + 0,001 + 0,054 fig. 14 0.864 0,648 0,03
Strap in thermoplastic material
The present invention relates to a strap made of thermoplastic material.
Steel bands have long been used to tie and perform all kinds of packing operations. Various devices have already been used for securing the ends of the steel strip, these devices comprising connectors, coiled gaskets, unsealed gaskets or tear gaskets. The principle is always to form a loop around the object, to tighten the loop around the object and then to fix together the opposite ends of the band after having brought them one on the other and in the extension l 'from each other.
Tapes of plastic material were used in tying and packaging operations much later, playing an increasingly large role.
There are many applications where only plastic bands are used, especially when the strength of the steel bands is not required. For example, since plastic bands are more elastic and therefore more extensible than steel bands, they are particularly suitable for attaching packages liable to expand or contract and for attaching packages whose handling imposes impacts on the body. loop.
Numerous applications are already known where the strength of steel is not required and the number of new applications is constantly increasing.
In addition, the strength of plastic material ligature bands is constantly increasing as new materials are discovered.
For example, the strips of linearly oriented plastic material, made of nylon and polypropylene, which can be obtained easily, offer much greater tensile strength than the strips of plastic material introduced only a few years ago.
The reasons which have motivated the increased use of plastic material bands are their greater flexibility and elasticity, as well as their low cost price. Another advantage of strips of plastic material is the ease with which they can be arranged.
Much research has been carried out in the technique of fixing by means of ties of plastic material, this as for fixing by means of steel bands.
It was a matter of forming a loop and tightening it and effecting the attachment forming a wraparound seal while the opposite ends of the strip were held stationary and in alignment. this as in the use of steel links. The strength of such an enveloping seal depends on the mechanical interlocking obtained by superimposing the two strands of the strip.
These wrap-around seals have not proven to be very effective; the weakness of the strips of plastic material as regards the shearing forces, limits the use of enveloping gaskets in which encasing techniques are used. However. different forms of wrap-around seals have been used.
In addition, loops of different types have already been used to manually tie different kinds of bundles.
Due to the difficulties in obtaining suitable mechanical nesting with plastic bands, various devices have already been considered for melting the overlapping parts of the thermoplastic bands. Jaws can be used which apply heat and pressure to the overlapping parts of the strip, in order to soften them and effect the fusion, which however has the effect of modifying the characteristics and the resistance of the strip. . Other possibilities lie in high frequency and ultrasonic heating. The effects due to the heating thus obtained are disadvantageous, although adjustment can be made within wide limits.
Even the most efficient heating cannot limit the application of heat to active surfaces which are to be softened or melted, rendering the joints inefficient and expensive and, more importantly, leading to an irreversible change in the characteristics of the material. plastic at the joint location.
In addition, the necessary devices are, in many cases, expensive, which prevents their use.
The object of the invention is to eliminate, at least in part, these drawbacks by providing a strap made of thermoplastic material which is characterized in that it has on the part of its length where its two ends are united, a contact layer , of crystalline structure different from that which it presents over the rest of its length.
In a preferred embodiment, the common layer may have in longitudinal section an absolute birefringence of 0.003 and a birefringence ratio of between 0.08 and 0.45. If the strip is nylon 6-6, the birefringence ratio is preferably between 0.08 and 0.15, while if it is isostatic polypropylene, the birefringence ratio is preferably between 0.20 and 0.45 . This birefringence is due to the anisotropy caused by the contact layer.
The drawing represents, by way of example, several embodiments of the strap which is the subject of the invention:
fig. 1 is a perspective view of an object strapped by a link constituted by a thermoplastic strap in the form of a loop, the overlapping ends of which have been amalgamated so as to form a seal whose thickness is substantially twice that of the bandaged;
fig. 2 is a partial view, in perspective and on a larger scale, showing the seal obtained by amal galion;
fig. 3 is a perspective view on a larger scale of a cut made with precision in the joint, this in the direction of its length, in order to constitute a sample for microscopic analysis, the direction of the cut being indicated in FIG. . 2 by dashed lines, transmission of the polarized light through the sample from back to front;
fig. 4 is a black and white reproduction of a color photomicrograph of a section of a joint obtained by applying a relative rubbing movement on the surface of an unoriented polypropylene strip and relating to an embodiment strap;
fig. 5 is a corresponding reproduction of a joint obtained by a relative rubbing movement and showing another embodiment of a joint formed in a polypropylene webbing with a non-oriented surface;
fig. 6 is a corresponding reproduction of a seal which has been obtained by a rubbing movement and showing yet another embodiment of a seal made of polypropylene tape with a non-oriented surface;
fig. 7 is a corresponding reproduction of a joint which has been obtained by a rubbing movement and which is constituted by a polypropylene strap whose body and surface are oriented;
fig. 8 is a corresponding reproduction of a seal which has been obtained by a rubbing movement and showing an embodiment similar to that of FIG. 6, but the displacement being longer;
fig. 9 is a corresponding reproduction of a seal formed between the unoriented surfaces of a polypropylene webbing, and which was obtained by a hot blade;
fig. 10 is a corresponding reproduction of a seal formed between the disoriented surface of a polypropylene webbing, and which has been obtained by ultrasound;
fig. 11 is a corresponding reproduction of a joint obtained by applying a rubbing movement to a nylon strap and shows an embodiment corresponding to that of FIGS. 6 and 8;
fig. 12 is a corresponding reproduction of a joint obtained by applying a rubbing movement to a nylon strap similar to that of FIG. 11;
fig. 13 shows by analogy a corresponding reproduction of a joint formed in a nylon webbing using a heated blade;
fig. 14 is a corresponding reproduction of a joint formed in a nylon webbing by high frequency heating;
figs. 15 and 16 are top and bottom views of a completed joint, according to another embodiment.
Fig. 1 of the drawing represents a completed package in which a link consisting of a strap of thermoplastic material straps an object A. The tie consists of a closed loop consisting of a band S. It has a main face 20, facing inward, and a main face 21 facing outwards. The buckle has two parts, U and L, defining a closure region having a single joint J amalgamated by application of a rubbing movement.
The seal is formed between the contacting surfaces of the U and L portions, and is substantially localized on the surface in order to avoid destroying the properties resulting from the orientation in the interior regions of the strip. The seal is shown on a larger scale in fig. 2 where the ends are shown in dotted lines.
Thus, the seal is formed by a longitudinal part of the strip, and has a substantially double thickness and substantially of the same chemical constitution throughout its thickness.
The seal has a common layer 22 disposed longitudinally and formed by amalgamated and resolidified parts of the main faces of the strip.
Fig. 3 shows a section 23 taken through the seal J along the phantom line B of FIG. 2. The common layer is exaggerated in thickness and has an inward facing face 24 fused over a large area with an unmelted layer 25 of the L part of the strip. This common layer also has an inner face 26 directed outwards and amalgamated over a large area with an unmelted layer 27 of the outer part B of the strip.
Frictional bonded joints can be easily controlled to have a tensile strength of 60 to 90% of that of the strip.
In the case of nylon or polypropylene bands, 1.27 cm wide (1/2 ") and 0.38 mm to 1.65 mm thick (0.015" to 0.065 "), the length of the joint can be between 2.5 and 5 cm (1 "and 2").
The amalgamated joint can be formed by a strip of any thermoplastic material consisting of long chains of polymerized molecules. Suitable materials are polyolefins, in particular isotactic polypropylene, high density polyethylene and copolymers of propylene and ethylene; polyamides, in particular superpolyhexamethylene adipamide (nylon 6-6); polyacetals, in particular polymers of formaldehyde; and polyesters, in particular polyethylene terephthalate.
Preferred thermoplastic materials are nylon 6-6 and isostactic polypropylene, as well as the blend of the latter with the copolymers of propylene and ethylene. The thermoplastic tape may be made of resin alone or may contain pigments, plasticizers, antioxidant fillers, colorants, ultraviolet light shielding materials, etc.
Preferably, the link is formed around the object by constituting a loop tightly encircling the object and having portions which overlap to form the seal.
The loop is kept in contact with the object. while one carries out the fusion and the solidification of the superimposed parts U and L. The fusion is carried out simultaneously over a large area of the two surfaces in contact, this by imparting a relative rubbing movement and by simultaneously applying a relatively high pressure, the loop always being kept in contact with the object.
The molten surfaces of the overlapping portions of the strip are continuously applied together under pressure to keep them stationary during solidification and amalgamation of the common layer 22 to complete the joint. The structures of the joint have a number of common features although they can be produced by different techniques to impart the relative rubbing motion to the overlapping surfaces of the web. These techniques are implemented by single stroke displacement devices, the photomicrograph reproductions of corresponding section being shown in FIGS. 4 and 5, and the material constituting the strip consisting of polypropylene.
A device with several strokes has also been developed, the reproductions of the photomicrographs of the sections made in a joint thus obtained being shown in FIGS. 6 to 8 for a material consisting of polypropylene and in fig. 1 1 to 12 for a material consisting of nylon.
For comparison and to show the differences
rences marked with the other types of joints obtained by amalgamation, is shown in FIG. 9 a seal obtained using a heated blade for polypropylene, and in FIG. 13 for nylon.
Such a seal is obtained by interposing a heated element between the superposed parts of the strip, which are to be melted and brought into contact, after which the regions in question are amalgamated by exerting pressure, this after the heating element has been removed. .
Fig. 10 shows a polypropylene gasket amalgamated by application of ultrasound, and FIG. 14 shows a nylon joint amalgamated by high frequency application. An important feature of friction bonded joints resides in the longitudinal orientation of the molecules of the common layer 22 as indicated by the birefringence values given below.
The variations in the birefringence of the different layers and region of a joint can be detected using a polarized microscope and they make it possible to precisely determine the transverse contour of a sample, in order to measure the thickness, the variations thickness and variations in the profile of the seal and its constituent layers. In the present example, the birefringence was determined quantitatively using a polarized microscope, this by well known techniques. Basically. a ray of white light is polarized by passing it through a polarizer, after which it is passed through a narrow slice of the strip, for example a slice 15 to 20 microns thick. The spoke is directed from the rear to the front relative to FIG. 3.
Passage through the birefringent strip decomposes polarized light into two components vibrating only in two defined planes perpendicular to each other and parallel to the direction of propagation of the light ray. Due to the difference in the speed of propagation of light in the different directions of vibration, one of the components will be out of phase with respect to the other. This phase shift is defined as being a delay and depends on the thickness of the section as well as on the birefringence of the region exposed to light. After passing through the strip, the components pass through a second polarizer rotated by 90O relative to the first (called the analyzer), which causes the two components to be brought into the same plane of vibration.
Since one of the polarized components has been delayed relative to the other, the two recombinant components will be out of phase and some wavelengths of white light will be enhanced. while others will be diminished or removed.
In this way, white light is transformed into colored light as it passes successively through (1) a polarizer, (2) the birefringence thermoplastic strip and (3) an analyzer. The shade of colors that appears in the microscope is determined by the magnitude of the delay, which itself depends on the value of the birefringence of the band and the thickness of the sample passed through. The colors are ordered according to the value of the delay.
The value of the delay can be determined by comparing the color obtained with published color charts or with the color obtained with materials of known birefringence. The birefringence ratios given in the following maps are obtained by calculating the ratios between delay measurements made by visually estimating the interference colors with respect to standard maps.
The delays are given in millimicrons. When the thickness is constant, the values of the delay ratios are identically equal to the ratios of the birefringence values of two regions to be compared. Thus, the birefringence ratios provide a measure of the relative crystal structure or differences in the orientation of the chains of molecules in two different regions.
The theory and practice of birefringence measurements are presented in the following texts 1. Chamot and Mason: Handbook of Chemical Mi
croscopy; Third Edition, Vol. 1 (Wiley, New York,
1958) Chapters 10 and 12.
2. Heyn: Fiber Microscopy (Interscience, New York,
1954) Chapters XX and XXI.
3. Preston: Fiber Science, (The Textile Institute, Man
chester, England, 1949).
4. Stoves: Fiber Microscopy, (National Trade Press,
London, 1957).
For any cut made in the joint, the thickness of adjacent regions can be considered to be uniform. It is difficult, however, to ensure that all cuts made are of the same thickness, due to the movement of the blade. Birefringence ratios relating to different areas of the same sample can be determined accurately due to the equal thickness of adjacent regions of the same sample. Due to the difficulty in making precise measurements of absolute birefringence, data on this subject is more limited.
The different seal configurations shown in fig. 4 to 14. relate to different materials, as well as to different techniques (both new and known), in order to illustrate the only characteristics common to the seals according to the present invention, as well as the essential differences with the other types of joints obtained by amalgamation.
The seal shown in fig. 7 is made from an isostatic polypropylene strip.
The seals shown in fig. 4 to 6 and 8 to 10 are formed in substantially identical bands, except that the surfaces of the band are not oriented to a depth of 0.025 mm to 0.075 mi, in order to increase the friction resistance and the properties corresponding to the surface. Finally, the seals shown in FIGS. 1 1 to 14 are nylon 6-6.
The seal shown in fig. 4 is obtained by a controlled relative rubbing movement, this technique being described with reference to FIGS. 4 and 5 of Patent No. 439080.
In summary, the U and L portions of the strip are squeezed together between a pair of smooth-faced jaws and the free end of the top of the strip is pulled sharply through the jaws to produce fusion of the contact surfaces. and then it is kept stationary while the contact surface resolidifies to form the common layer. Pressure of about 350 kilos per cm2 (5000 pounds per inch2) acting on jaw faces of about 4.44 cm (1 3/4 ") long, with displacement of the upper arm in front of the jaws of approximately 1.27 to 2.22 cm (1/2 "to 7/8") are normal conditions for obtaining the seal shown in Fig. 4.
The seal shown in fig. 5 was obtained by using the relative rubbing movement described with reference to FIGS. 14-17 in Patent No. 439080.
Briefly, the U and L parts are compressed together between an upper movable jaw and a stationary lower jaw having a smooth face. The upper jaw is toothed and engages the upper overlapping part of the strip which can be pulled so as to give slack, at the same time as the movable jaw is moved against a spring. The spring then imparts a one-way movement to the movable jaw and the top of the web.
Typical conditions for the formation of this seal are: a jaw face length of 4.13 cm (1 5/8 "), a jaw pressure of 121 kg per cm2 (1500 pounds per inch2) during and after displacement, and a displacement of 2.2 cm (7/8 ").
Yet another technique, making use of the controlled relative rubbing movement, has been used to form the joints shown in FIGS. 6 to 8 and 11 to 12. This technique is described in our patent No. 467694. In this case, the overlapping parts U and L were pressed together between the toothed surface of the upper jaw and the smooth surface of the lower jaw, the upper jaw engaging the outer soft strand of the loop, so as to be able to perform a reciprocating movement of low amplitude in the longitudinal direction.
After sufficient displacement to ensure fusion. the jaws were pressed together and kept motionless until the common layer solidified completely. Typical conditions for the formation of these seals are: a length of the jaw faces of 3.49 cm (1 3/8 "), a jaw pressure of about 63 kg / cm2 (900 pounds per inch2), and a maximum amplitude displacement of about 1.4 mm (0.055 ") at a rate of 6500 cycles per minute. Thus, a movement lasting two seconds corresponds to a total displacement of 50 cm (20 ") and a movement of ten seconds corresponds to a total displacement of 250 cm (100").
The seal obtained has, as shown in FIGS.
15 and 16, 60 tooth marks on the top
U, these marks being due to the teeth of the upper jaw, while the region adjacent to the U part has tooth marks 61, due to a feed wheel. In fact, the wheel marks 61 will also appear on part or all of the region showing the tooth marks 60. No tooth marks of any type appear on the lower part L.
The seal shown in fig. 15 and 16 exhibit unique physical characteristics that can be easily discerned. The common surface caused by the rubbing motion and subsequent solidification under pressure forms a common layer 0.1mm (0.004 ") thick and having an outline marked by the jaw faces.
The gasket has a curved edge 62P (see fig. 15) where effects due to tension may appear on the top during and after formation of the gasket.
Likewise, the seal has a curved edge 64P (see fig. 16) at the end of the jaw where tension acts continuously on the lower part of the strip.
In each case, the edge of the seal is formed by a curved line crossing the strip and the total length of which is appreciably greater than the width of the strip. Each of these lines constitutes a line of weakness between a normal (or un-amalgamated) region of the strip and an adjacent fully-amalgamated region.
This weakening line is due to the temperature, pressure and tension that act during the formation of the seal. Curved profile joint edges have been found to be much stronger than straight profile joint edges, which can break when vibrating jaw motion is applied long enough. In the case of the top strand of the strip, the break along the weakening line is made critical due to the tooth marks imprinted by the feed wheel in this region and hence the curved shape plays a role. important role when the feed wheel marks have been printed on the tape while the loop is pulled around the item.
Polypropylene bands are weakened when they are bent too much; when they are too thin (0.51 mm) they can break along the weakening line, this problem being aggravated by the marking due to the feed wheel, this effect being however mitigated by the curved shape of the the line of weakness.
In the case of the upper part U (Fig. 15), the normal band has a central tongue 65 as well as less pronounced lateral tongues 66, which are an integral part of the agglomerated region. The same configuration can be used for the lower run, except that it may interfere with automatic cutting of the web.
As a result, part L has narrow tongues 67, slightly protruding and forming an integral part of the amalgamated region of the strip.
After this description of the techniques for forming the seal, it is possible to consider the experimental data relating to each of the seals shown in FIGS. 4 to 14. The important data relating to the dimensions relate to the thickness of the common layer, the variation in the thickness of this layer and also the contour of this layer. Important crystalline structural features, which relate to the longitudinal orientation of the different regions, are indicated by birefringence measurements. Black and white drawings provide only a rough indication of birefringence, since it is necessary to consider color variations if birefringence is to be represented accurately.
One of the characteristics of the joints obtained by friction is the variation in the thickness of the joint layer which is due to the toothed or otherwise roughened face of the jaw. In the following table, the maximum and minimum thicknesses of the common layer 22 have been indicated, these values having been measured in longitudinal sections as shown in FIGS. 3 to 14. The mean values of these maxima and minima, that is to say their arithmetic mean, is an indication of the increased surface effect and of the longitudinal mechanical retention effect due to nesting. .
Another characteristic derived from the table is the average thickness of the common layer, which is determined mainly by the maximum values of this thickness, since the minimum thicknesses only occur in places of very small surface.
As previously stated, the birefringence ratios calculated by dividing the delays in the common layer and in the adjacent parts of the web provide sufficiently precise indications, since the thickness of a section is uniform for close regions. . The absolute birefringence values were recorded only for the material constituting the body, this by a laborious Becke immersion method, described by Chamot et al.
Mason on pages 313 to 321. The absolute birefringence is given by a dimensionless number, since it is the difference between two refractive indices for the components of light oscillating longitudinally and transversely in the cut made.
Knowing the absolute birefringence of the main body of the strip and the birefringence ratios, it is possible to calculate the absolute values of the birefringences.
The table shows that the joints obtained by friction have an absolute birefringence between + .003 and + .005. Additional data for samples not included in the drawings, one for polypropylene and one for nylon, shows examples where the absolute birefringence of a common layer produced by reciprocating is greater than + .007 .
Another example using polypropylene whose molecule chains are very substantially parallel indicates an absolute birefringence of the common layer of +.011.
The table gives birefringence ratios for the common layer relative to the birefringence of the adjacent unmelted band. For nylon, the birefringence ratios are 0.008 for the frictional samples given in the table, but another nylon sample, produced by the reciprocating technique, gave a birefringence ratio of 0.13.
By way of comparison, the characteristic duration of the reciprocating method is two seconds.
Thus, the seals shown in FIGS. 6, 11 and 12 are characteristic cases obtained by this technique.
For the seal shown in fig. 8, the reciprocating motion was applied for 10 seconds. this
Birefringence joint thickness
Total Common layer Report Adjacent part
mm mm of the birefringence Common layer of the band fig. 4 0.917 0.0305 0.30 + 0.005 + 0.017 fig. 5 0.929 0.0229-0.0356 0.25 + 0.004 + 0.017 fig. 6 1.016 0.0482-0.0914 0.31 + 0.005 + 0.017 fig. 7 1.019 0.132 -0.152 0.148-0.31 + 0.002-0.004 + 0.012 fig. 8 0.688 0.0406-0.124 0.186-0.275 + 0.003-0.005 + 0.017 fig. 9 0.915 0.32 0.04 + 0.001 + 0.017 fig. 10 0.882 0.145 -0.234 0.23 fig.
il 1.13 0.0203-0.0635 0.08 + 0.004 + 0.054 fig. 12 1.09 0.0178-0.0406 0.08 + 0.004 + 0.054 fig. 13 1.019 0.0965 0.015 + 0.001 + 0.054 fig. 14 0.864 0.648 0.03