Brevet FR2108124A1 — publié le 19720512

La présente invention concerne un procédé de production de matières plastiques et, plus spécialement, de matières gonflées, et les matières plastiques produites par ce procédé. L'invention concerne en particulier la production de matières 5 gonflées qui peuvent être utilisées pour protéger des objets contre les chocs pendant le transport. Le matériau d'emballage gonflé peut être expédié et conservé à l'état non gonflé, ce qui est avantageux par rapport à la technique antérieure, et facilement transformé en matériau gonflé au stade choisi de l'emballage. 10 On a employé antérieurement des matières plastiques pour emballer des objets afin de les protéger contre les chocs (voir par exemple brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.218.178, 3.392.081 et 3.425..020), mais ces matières ne présentent pas l'avantage de pouvoir être expédiées et conservées sous une forme sensiblement non gonflée qui peut être rapidement 15 convertie en forme gonflée au point d'emballage. L'invention concerne en particulier un procédé de production d'une matière gonflée, comprenant la réalisation d'une feuille sensiblement plate de matière plastique comportant une modification cachée sur au moins une de ses surfaces et le traitement de ladite feuille pour "développer" 20 ladite modification latente et produire ainsi un matériau gonflé. Dans un mode d'exécution préféré de ce procédé, ladite feuille de matière plastique sensiblement plate est obtenue par formation d'un "dessin" sur une surface d'une feuille de polymère, réticulation dudit polymère suivie d'un étirage afin d'obtenir ladite feuille sensiblement plate de matière 25 plastique comportant une modification latente sur ladite surface. On peut utiliser n'importe quelle matière plastique comme -par exemple - le polyéthylène, Le polyéthylène peut de préférence être réticulé par irradiation. Le traitement nécessaire pour provoquer le gonflement est, de 30 préférence, un traitement thermique. Les matières selon l'invention ont été jugées particulièrement intéressantes pour l'emballage. Les objets peuvent être emballés dans ces matières avant le traitement nécessaire pour provoquer son gonflement. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux 35 compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - les figures 1, 2 et 3 sont des vues par en dessus de trois i formes différentes de feuilles gonflées et profilées ; 71 35320 z 2108124 - les figures 4 et 5 sont aes coupes verticales transversLes de deux types de feuilles profilées représentant deux types différents de profilage ; - la figure 6 est une vue en perspective d'une forme de 5 réalisation d'une feuille complexe ; - , - la figure 7 est une représentantion schématique d'un procédé de manipulation d'une matière à gonfler ; - la figure 8 est une vue schématique pa r en dessus d'un emballage formé à partir d'une feuille gonflée suivant les figures 1, 2 ou 3 ; 10 - la figure 9 est une coupe schématique à travers une autre forme d'emballage réalisée, d'une autre manière à partir de la feuille gonflée d'une des figurer 1, 2 ou 3 ; - la figure 10 est une représentation schématique d'un procédé de production d'une matière à gonfler ; 15 - la figure 11 est une vue en perspective d'une autre forme de feuille complexe. Dans les exemples explicatifs, on utilise des feuilles de polyéthylène de faible densité, voisine de 0,917, un indice de fusion de 2 et une température de fusion de 104°C. On peut cependant utiliser d'autres 20 polymères convenables, par exemple des polymères réticulés. Les feuilles ont, avant gonflement, une épaisseur d'environ 50 microns et, après gonflement, une épaisseur d'environ 1,14 à 1,52 mm. Ces feuilles sont irradiées après gaufrage par une dose de 12 mégarads et étirés dans un rapport de 4/1 dans chaque direction. 25 Les figures 1, 2 et 3 représentent trois feuilles de polyéthylène gonflées profilées avec trois dessins différents qui donnent des résultats particulièrement bons. Les figures 4 et 5 représentent des feuilles profilées avec deux types différents de profilage. La figure 1 représente une feuille 20 avec un profil à répétition de rainures, de reliefs ou de déformations sous 30 forme d'un grand nombre de croix dont chacune a une courte branche 22, une longue branche 23 et deux branches opposées 24 et 25. On voit qu'en utilisant des files alternantes diagonales 26 inversées par rapport aux files diagonales adjacentes 27, on peut réaliser un profilé très serré qui assure une bonne qualité après gonflement avec des surfaces protectrices non gonflées relati-35 vement petites. Par conséquent, la feuille 20 comporte une modification sensiblement continue de sa.surface pour protéger les objets emballés. La matière profilée de la figure 2 est très semblable à celle de la figure 1. Ces deux dessins présentent l'avantage que la répétition 71 "35320 3 •2108124 d'un profil par gaufrage ou formage sous vide sur des rouleaux d'une feuille continue peut être réalisée rapidement en utilisant des rouleaux de gaufrage ou des mécanismes de formage dans le vide dans une installation de fabrication continue décrite en détail ci-après. On voit que les Y de la figure 2 fournissent 5 une bonne couverture par gonflement. Chaque Y 31 comporte une longue branche 32 avec deux courtes branches 33 et 34 partant d'une extrémité. Dans chaque file alternante 35 ou 36, les Y sont orientés dans des directions opposées et chaque file est décalée par rapport à la file adjacente si bien que chaque branche d'extrémité d'un Y est orientée de manière à recevoir deux 10 branches adjacentes des Y voisins de la file contigue. Un autre modèle pour le gonflement de la feuille est représenté sur la figure 3. Ce type de dessin est particulièrement intéressant pour un objet qui doit Être centré par rapport à une dimension particulière d'une feuille. Par exemple, sur la feuille 40, le relief central désigné par 41 15 indique une position de centrage avec les reliefs extérieurs 42, 43 et 44 formant le reste du profil à répétition, si bien qu'on peut protéger toute la surface latérale de l'objet emballé. Si l'on examine plus particulièrement les figures 4 et 5, on voit que, même dans le cas de la feuille de - par exemple » la figure 1, les 20 reliefs peuvent être de profondeur uniforme comme indiqué en 45 sur la figure 4 ou d'épaisseur variable comme indiqué en 46 et 47 sur la figure 5. La figure 6 représente une feuille de matière gonflée comportant des ondulations 50 à répétition toutes parallèles entre elles et cette feuille peut Stre coupée en deux parties avec les ondulations orientées mutuellement 25 à 90° et collées ensuite, entre elles pour former une grille et une feuille complexe d'épaisseur double. Evidemment, les feuilles 51 et 52 qui sont représentées collées ensemble avec des ondulations orientées perpendiculairement peuvent être collées de manière que ces ondulations se coupent sous un autre angle. Ces feuilles peuvent être collées sur toute leur surface de 30 contact, ou seulement le long de leurs bords extérieurs. Dans une autre réalisation, les feuilles peuvent être collées ensemble à plat, avec une adhérence suffisamment faible pour permettre de les séparer quand on tire dessus, mais avec une force d'adhérence suffisante pour les maintenir'ensemble quand les efforts de séparation sont relativement' faibles. En tout'cas, on envisage 35 d'assembler en général les feuilles en une seule pièce ou sous forme de feuilles stratifiées avant de les traiter pour faire apparaître à peu près 71 35320 4 2108124 les modifications prévues. Par ailleurs, il est possible d'assembler des feuilles ayant des dessins différents ou, dans certains cas, d'assembler des feuilles ayant une modification latente avec des feuilles ou une pellicule mince ne comportant pas de modifications superficielles latentes, m_:s en 5 général, on utilise des feuilles qui donnent lieu à des changements de dimensions globales équivalents, dans le cas, par éxemple d'un retrait, de manière qu'il n'y ait pas de déformation quand la feuille comportant la modification latente est gonflée. La figure 1 représente un stratifié 53 dans lequel la feuille 20 de la figure 1 forme la couche intermédiaire et les 10 couches extérieures sont constituées par deux feuilles 54 et 55 de polyéthylène ordinaire. Sur la figure 7, un rouleau 59 d'une feuille sensiblement plate de matière .plastique avec une modification latente de sa surface en vue du gonflement est placé sur un support débiteur 60. On fait passer ensuite 15 l'extrémité antérieure du rouleau 59 à travers un four 62 et un coupoir 63. Ensuite, si - par exemple - un récipient 64 doit être emballé dans la matière protectrice gonflée, on tire une certaine longueur de matière déjà "gonflée à travers le coupoir 63 et on l'y déchire contre une lame coupante, non représentée. Evidemment, le coupoir peut être actionné à la manière d'une 20 guillotine et manoeuvré par le pied d'un opérateur ou tout autre moyen approprié, à la demande. La matière est ensuite enroulée autour du récipient comme l'indique la figure 8 et collée par un adhésif ou par "soudage autogène" à chaud, comme indiqué en 65. Les marchandises ou le récipient sont ainsi au moins partiellement enveloppés et protégés par cette feuille. Lorsqu'on tire 25 le bord antérieur 61 à travers le coupoir 63, on fait passer une longueur additionnelleyde matièrè à travers le four où ellé est gonflée ou traitée de manière à la 'gonfler sensiblement à l'épaisseur choisie. On a choisi à titre d'exemple une feuille de matière 20 du type de la figure 21 mais on peut évidemment utiliser un autre matériau profilé, gonflé suivant la forme désirée. 30 La feuille 20 est du polyéthylène de faible densité comme on l'a indiqué ci-dessus et la température du four est réglée de préférence au voisinage de 88°C . Evidemment, on peut faire varier la température dii four suivant la vitesse à laquelle on tire le matériau à travers ce fpur. Des rouleaux intennédiaires peuvent être nécessaires entre le four et le coupoir.63 pour permettre le 35 refroidissement par l'air dans des conditions convenables du matériau gonflé. Il est évidemment possible de gonfler le matériau à traiter un certain temps avant usage. Par exemple, un stock important de feuilles préalablement coupées aux dimensions peut être gonflé dans une partie d'un local d'emballage et ensuite réparti entre diverses autres parties pour être employé pendant le temps nécessaire pour l'emballage. 71 35320 -5 2108124 L'emballage peut être réalisé sous des formes différentes de celle représentée sur la figure 8, On peut réaliser autrement un emballage ; par exemple, dans un autre exemple préféré, la feuille -20'est retirée directement du rouleau en passant par- le coupoir 63 sans' pas'ser par le four 5 62. La feuille non gonflée est placée autour du récipient 64 avant traitement et ensuite traitée et gonflée en plaçant le récipient entouré par la matière à gonfler dans un four ouin bain d'eau chaude. Evidemment, on peut utiliser d'autres moyens de chauffage, par exemple des lampes de grande -intensité afin de traiter la feuille pour l'amener sensiblement à l'état gonflé 10 -choisi. Dans une autre réalisation préférée, un article à emballer - par exemple dans une botte - est protégé par froissement et/ou introduction de la matière en feuille gonflée entre lui et les côtés d'une boite afin de l'isoler pour l'expédition de la manière représentée sur la figure 9. Dans 15 un troisième mode d'exécution, la feuille est tassée dans la boîte avant le gonflement et la boîte est ensuite mise en place dans une installation de traitement, par exemple un four ou une étuve pour provoquer le gonflement de la matière et assujettir plus étroitement les objets à emballer en vue de leur protection à l'intérieur dé la boîte. La figure 9 représente le 20 produit final de ces opérations avec la-boîte 66, la matière gonflée 67 et un vase 68 protégé par celle-ci. On décrit ci-après un procédé préféré de production de la matière à gonfler sous forme de feuilles sensiblement planes, avec une modification latente de leur surface. La figure 10 représente une extrudeuse 70 25 classique avec une filière pour feuille 71. Une feuille de polyéthylène 72 de faible densité, à savoir 0,917, avec un indice de fusion de 2 et une température de fusion de 104°C, est extrudée de manière continue à travers la filière 71. Cette feuille est extrudée à 178°C environ sous ine épaisseur de 0,76 mm. Cette feuille passe à travers les deux cylindres de gaufrage 73 30 et 74 à une température d'extrusion voisine de 178°C. Les cylindres de gaufrage 73 et 74 sont maintenus à 21"C et, quand la feuille 72 passe entre eux, elle est comprimée et; en même temps, gaufrée et refroidie au-dessous de la température de ramollissement de la matière plastique employée. On voit sur les figures 4 et 5 que les cylindres de gaufrage ont des configurations 35 complémentaires, c'est-à-dire des déformations de senssinverse, si bien qu'un cylindre appuie sur la feuille d'un côté dans une région donnée, alors que le cylindre opposé lui permet de se déformer dans la même région. Si la feuille 72 doit avoir la surface profilée ou "à reliëfs" de la feuille 20 71 35320 6 2108124 de la figure 1, les cylindres 73 et 74 sonc profilés en conséquence. Si la feuille doit être formée sous vide, un seul des cylindres 73 et 74 est nécessaire. Ce cylindre doit comporter une surface ayant la forme ou le profil choisi et doit être muni d'un Raccord à vide pour donner à la 5 feuille le profil voulu. Si l'on doit utiliser des cylindres de formage sous vide, on doit en général les placer un peu plus en aval, de manière à recevoir la feuille 72 à une température un peu plus basse, dans le cas présent, voisine de 107°C. Le cylindre doit de préférence être utilisé à 21°C. Après avoir formé ou profilé la feuille, on la fait passer dans 10 une chambre d'irradiation 75 qui comprend un générateur de particules d'énergie de l'ordre du mégaélectro-volt. On fait passer cette feuille -à travers la chambre d'irradiation à raison de 4,5 m/mn et elle reçoit une dose de 9 mégarads sous 6mA à la température ambiante. Cela réticule la feuille et fait ainsi apparaître la modification latente de sa surface. On peut employer 15 d'autres procédés de réticulation. Dans le cas présent l'élément important consiste en ce qu'une modification latente de la surface de la matière est réalisée rapidement si bien que, malgré une élimination ultérieure des déformations pour obtenir une feuille sensiblement plane de matière plastique, ces déformations sont intégralement conservées à l'intérieur de la feuille elle-20 même. On a observé que l'irradiation est un procédé très rapide de réalisation de la réticulation de la feuille de matière plastique déformée. Cette feuille passe ensuite de la chambre d'irradiation 74 à un dispositif réduisant son épaisseur qui comprend un dispositif de chauffage pour conditionnement préliminaire qui, sur la figure 10, est un réservoir d'eau chauffé à 100°C 25 et ceci porte la feuille à sa température d'orientation, et ensuite cette feuille est transportée jusqu'à un dispositif d'étirage. Un élargisseur 77 étire la feuille jusqu'à ce qu'elle soit non gonflée ou non profilée dans la mesure prévue. La feuille 72 est étirée biaxialement sur 1'élargisseur dans le rapport global 16/1, soit 4/1 dans chaque direction. Habituellement, 30 cette feuille est de préférence étirée biaxialement dans un rapport compris entre 9/1 et 20/1. Ceci fournit une feuille aplatie de 50 microns dlépaissetir environ. Evidemment, on peut obtenir d'autres épaisseurs, suivant l'application envisagée. Après orientation, la feuille est maintenue étirée et immobilisée jusqu'à ce qu'elle soit refroidie par l'air à la température ambiante. Cette 35 feuille est ensuite enroulée sous une forme compacte en vue • 71 35320 7 2108124 si cette feuille doit être utilisée pour emballer un produit avant gonflage, dans un cas d'espèce, comme on l'a exposé ci-dessus. Dans le cas habituel de formation des feuilles, 51 et 52 du type de la figure 6, ces feuilles ne doivent être orientées qu'uniaxialeiutnt, 5 dans la direction de progression des ondulations. Le taux d'étirage uniaxial préféré est compris entre 3 et 6. Ces feuilles peuvent, dans certains cas, donner une protection spéciale contre les chocs par superposition à des feuilles planes non profilées ou plus couramment en utilisant de minces films de liaison qui 10 forment, sur chacune des deux faces de la feuille profilée, une nappe qui recouvre les modifications de sa surface. Cet ensemble stratifié doit aussi, en général, être orienté de manière à former une surface tendue lorsque l'ensemble est traité de manière à le gonfler. Ce stratifié peut être façonné de la même manière que le stratifié de la figure 6. 15 Les feuilles selon l'invention peuvent être utilisées pour de nombreuses applications différentes, on peut par exemple les intercaler entre deux objets ou pièces de construction avant gonflage et, après gonflage, elles écartent l'une de l'autre ces pièces ou les appliquent énergiquement l'une contre l'autre. Ou bien, des objets tels que des assiettes à pique-20 nique à jeter peuvent être réalisés sous forme de disques plats pour leur conservation et reconstituées par gonflage avant leur utilisation ultérieure. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de 25 l'invention. 71 35320 8 2108124 REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un matériau gonflé, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après : réalisation d'une feuille sensiblement 5 plane de matière plastique comportant une modification latente sur au moins une de ses surfaces et traitement de ladite feuille pour développer ladite modification latente et obtenir ainsi un matériau gonflé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite feuille sensiblement plane de matière plastique est produite en formant un 10 dessin sur une surface d'une feuille d'un polymèrev par réticulation dudit polymère et par étirage ultérieur de la matière réticulée, de manière à obtenir une telle feuille sensiblement plane de matière plastique comportant une modification latente dans sa surface. 3. Procédé d'obtention d'une matière plastique, caractérisé en 15 ce qu'il comprend les opérations ci-après : formation d'un dessin sur une surface d'une feuille de polymère, réticulation dudit polymère et étirage ultérieur dudit matériau réticulé pour produire une telle feuille sensiblement plane de matière plastique comportant une modification latente dans sa surface. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, 20 caractérisé en ce que ladite feuille sensiblement plane de matière plastique est traitée à chaud pour développer ladite modification latente et reproduire le dessin à sa surface. 5. Procédé selon l'une des revendiations 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite feuille de polymère est chauffée à une température supérieure 25 à sa température de ramollissement plastique et en ce que le dessin est formé sur ladite surface alors que ladite feuille de polymère est maintenue à une température supérieure à celle de son ramollissement plastique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite feuille de polymère est refroidie après que ledit dessin a été formé sur 30 sa surface, puis chauffée ultérieurement à sa température d'orientation plastique et étirée jusqu'à ce qu'elle soit plane, et la dite feuille ainsi aplanie est ensuite refroidie tout en étant maintenue plane. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite feuille de polymère est irradiée quand elle a été refroidie à partir de sa 35 température de ramollissement plastique pour être transformée en une matière réticulée. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la surface de ladite feuille de polymère est recouverte d'une autre couche de matière pour former un stratifié. 71 35320 9 .,rîT2108124 9. Feuille étirée de polymère, caractérisée en ce qu'elle comporte une modification latente d'au moins une de ses surfaces, ledit polymère étant réticulé pour fixer la modification latente-de sa surface.