Brevet FR2080760A1 — publié le 19711119

L'invention concerne un procédé pour la fabrication de corps creux en matière synthétique à propriétés améliorées et avec un rendement amélioré, ainsi qu'un appareil pour la mise en œuvre du procédé. 5 II est connu d'améliorer différentes propriétés phy siques des fibres, des feuilles et aussi des tubes, par exemple leurs propriétés de résistance, en les étirant à une température élevée. L'étirage peut se faire soit en direction monoaxiale 10 - en particulier dans le cas de fibres, de monofilaments et de multifilaments - soit encore, en particulier pour les feuilles, en direction biaxiale. Cette fabrication de fibres et feuilles étirées à partir de matières synthétiques thermoplastiques a pris entre temps une 15 très grande importance technique et économique. Ces dernières années, on a fait aussi connaître des tentatives isolées visant à appliquer aussi l'étirage biaxial à la fabrication de corps creux en matière synthétique à propriétés améliorées. Mais Jusqu'à présent, cette fabrication de corps 20 creux étirés biaxialement n'a pas pu être appliquée sur une grande échelle. Comme on le sait, l'étirage des hauts polymères thermoplastiques s'effectue dans la plage de températures de leur thermoélasticité. 25 Dans cet intervalle de thermoélasticité relativement large des hauts polymères, l'élasticité dite caoutchouteuse passe par un maximum. La grandeur et la largeur de ce maximum dépendent de la composition chimique de la matière thermoplastique et aussi de l'état cristallin ou amorphe des matières 30 thermoplastiques. Mais il est apparu que l'étirage ou l'allongement de matières synthétiques est possible aussi en dehors du maximum thermoélastique. On parle aussi occasionnellement d'étirage lorsque la déformation ou l'allongement s'effectue à des tempé-35 ratures qui sortent de la plage thermoélastique : a) à des températures inférieures à la plage ou intervalle thermoélastique, on parle alors d'étirage à froid; b) dans le cas d'allongement au dessus de l'intervalle thermoélastique, on parle seulement occasionnellement d'étirage, en 40 particulier seulement lorsqu'on applique de grandes vitesses 71 06389 2 2080760 dfallongement à des dimensions définies. Tous ces processus d'étirage, en particulier ceux que l'on pratique dans l'intervalle thermoélastique et plus précisément au maximum d'élasticité caoutchouteuse, entraînent une amélioration des propriétés physiques, en particulier des propri-5 étés mécaniques. Toutefois, les processus d'étirage qui sortent de la gamme thermoélastique posent de grands problèmes, aussi bien en ce qui concerne leur possibilité d'exécution que, tout particulièrement, en ce qui concerne la qualité des produits fabri-10 qués. Or, tous les procédés antérieurement connus pour la fabrication de feuilles, tubes et corps creux étirés décrivent bien les intervalles de température de thermoélasticité dans lesquels l'étirage de ces demi-produits est possible en prin-15 cipe et avec avantage, mais ils partent sans exception de cette condition qu'il faut maintenir exactement pendant le processus d'étirage la température à laquelle l'étirage se pratique dans ces intervalles de températures. Dans les cas d'application antérieurement connus de 20 l'étirage biaxial de demi-produits, et en particulier aussi dans des brevets antérieurs, il est indiqué, comme condition nécessaire pour que le processus d'étirage soit praticable, que les températures de travail des demi-produits à étirer doivent être maintenues constantes et uniformes sur l'ensemble de 25 ceux-ci. En général, on exige une uniformité de température à environ 1°C près, ou à un très petit nombre de °C près. Il existe un grand nombre de brevets qui exigent et confirment expressément cette constance de la température. On le démontrera à propos de quelques exemples : 30 I. La demande de brevet allemande publiée sous le numéro 1 504 226 décrit un procédé de "fabrication de feuilles de polymères de chlorure de vinyle extrudées en gaine et étirées en tous sens". On y préconise pour l'étirage line plage de températures qui se situe entre le point de ramollissement du chlorure de poly-35 vinyle, soit environ 80°C, et un niveau pouvant être supérieur de 80°C à ce point, de préférence compris entre 80 et 130°C. Toutefois, les exemples 1, 2 et 3 de ladite demande montrent que dans la mise en œuvre du procédé, on applique chaque fois des températures précises de 60°C, 120°C et 90°C. 40 II. Le brevet britannique N° 930 323 préconise l'amélioration 71 06389 3 2080760 des qualités mécaniques des tubes de chlorure de polyvinyle par l'étirage dans une plage de températures de 50 à 130°C, de préférence de 50 à 65°C. Toutefois, dans les exemples 1 et 2, on indique à nouveau des températures précises de travail de 120°C 5 et de 90°C. III. Des conditions correspondantes sont aussi contenues dans des brevets visant à fabriquer des corps creux améliorés mécaniquement, par^exemple dans le brevet néerlandais N° 6 508 801. Dans celui-ci, on préconise par exemple une plage de tempéra- 10 tures de 110 à 140°C pour le formage définitif de préformes mais l'exemple cité au Tableau 3 indique que l'on applique des températures de cœur très précises de 121°C pour la fabrication de corps creux étirés biaxialement à partir de polystyrène normal, et de 1lbôC pour la fabrication de corps creux correspondants 15 en polystyrène modifié. (Cët exemple est très compliqué et pourrait ausài être omis en principe.) Au Tableau 1 déjà, on décrit une température de cœur de 124°C exactement pour le démoulage d'une préforme déjà orientée biaxialement tandis que les deux exemples du Tableau 2, qui 20 décrivent la fabrication de préformes orientées biaxialement par torsion pendant le processus d'injection, indiquent même des températures réglées exactement au 1/10 de °C près pour les matières synthétiques. IV. Le brevet britannique N° 1 147 118 qui décrit la fabrication 25 biaxiale de corps creux en polymères de chlorure de vinyle préconise une plage de températures de 140 à 90°C, de préférence de 130 à 100°C. Il indique aussi dans les exemples des températures précrises de travail pour l'étirage, notamment aux exemples 1 à 5 des températures respectives de 100, 110, 120, 95 et 110°C. 30 V» Ûne indication nette est donné en particulier par le brevet britannique N° 1 037 115 qui non seulement indique des plages de températures très étroites pour l'aptitude à l'étirage de matières synthétiques en corps creux, mais il exige aussi que les températures, pendant le processus d'étirage, se situent dans 35 le cadre d'une tolérance minimale qui ne doit pas dépasser + 3 à 5°C. Au point 1, page 2 de ce brevèt, on exige encore plus nettement que l'étirage de la préforme moulée par injection s'effectue à une température déterminée et que les préformes aient une distribution de température pratiquement constante. Il est dit en 40 outre que la variation de température de la préforme est déter 71 06389 4 2080760 minante et que dans certains cas on ne peut même pas la respecter dans l'extrusion continue d'une gaine, ce qui se fait de toute façon à des températures constantes. Malgré ces nombreux efforts techniques dans le domaine 5 de la fabrication de corps creux étirés biaxialement à partir de matières synthétiques thermoplastiques et bien que l'on maintienne des températures de travail très précises comme celles qui sont indiquées dans les procédés d'étirage continu et biaxial déjà connus de feuilles et de tubes, la fabrication de corps creux 10 améliorés mécaniquement par étirage biaxial n'a pas pu être réalisée techniquement et économiquement jusqu'à ce jour. Pour cette raison, on ne connait pas actuellement dans la pratique de cas d'utilisation économique de ces flacons et récipients étirés biaxialement. 15 La raison en est dans le faible rendement avec lequel on obtient ces corps creux lorsqu'on les fabrique par étirage et donc dans le manque d'économie des procédés de fabrication antérieurs. Il est apparu que si l'on veut concurrencer économique-20 ment le procédé classique de fabrication de corps creux et de flacons, il faut atteindre dans le procédé de fabrication de corps creux étirés des rendements de l'ordre de 100%. Cela est compréhensible lorsqu'on sait que d'une part les investissements représentés par les installations de fabri-25 cation de corps creux étirés biaxialement sont plus élevés mais que d'autre part la productivité est moindre que dans les procédés classiques connus de fabrication de corps creux et de flacons, étant donné la technique compliquée du procédé. De façon surprenante et contrairement aux idées anté-30 rieures et aux exigences techniquement évidentes de températures de travail constantes dans l'étirage biaxial, on a trouvé que l'on peut améliorer le rendement de façon tout à fait décisive dans la fabrication de flacons et corps creux étirés biaxialement si, au lieu de conduire l'étirage avec une température de 35 travail précise et uniforme de la préforme ou ébauche, on prévoit pendant le tirage une chute de température sur l'ébauche, par exemple sur la longueur de celle-ci qui peut être réalisée par formage, moulage ou par injection. De façon tout à fait surprenante, on a trouvé que lor§-40 qu'il existe le long du profil de l'ébauche, en fonction de sa 71 06389 5 2080760 forme et de sa grandeur, une chute de températured'au moins 6 à 10°C, de préférence d'au moins 10 à 15°C, le rendement dans la fabrication de corps creux étirés biaxialement peut être accru de façon tout à fait nette et décisive. En général, dans le formage biaxial de corps creux dans des conditions de température se situant dans la plage thermoélastique, on obtient, pour différentes matières synthétiques thermoplastiques, des rendements de 100% lorsque la chute de température A T le long de l'ébauche à étirer est de 15 à 20°C (voir à ce propos l'exemple 1 et la figure 1 avec les graphiques 1 et 2 correspondants). Mais on a trouvé aussi que les valeurs optimales des chutes de température auxquelles on obtient des rendements de 100% dans le formage biaxial de corps creux à partir des ébauches, dépendent dans une certaine mesure de la nature de la matière synthétique à étirer et de la forme géométrique et de l'épaisseur de paroi de l'ébauche et du flacon ou corps creux. Par exemple, on a trouvé que la plage optimale de températures pour le formage définitif de corps creux et de flacons selon l'invention est variable selon qu'il s'agit de matières synthétiques amorphes, partiellement cristallines ou cristallines. Alors que pour les matières synthétiques amorphes comme le polystyrène, les copolymères acrylonitrile/butadiène/styrène, le chlorure de polyvinyle, etc., les plages optimales^ T sont d'environ 10 à 20°C, on a trouvé pour les matières synthétiques partiellement cristallines des plages optimales de température^T d'environ 10 à 15°C, et pour les matières synthétiques très cristallines, de 6 à 10°C (voir exemple 3). En outre, on a pu trouver une certaine relation entre la plage optimale de températures selon l'invention sur la longueur de l'ébauche à étirer et sa température optimale absolue d'allongement. Dans le cas de matières synthétiques amorphes, la plage optimale de températures,û T le long de l'ébauche à étirer est d'au moins 10% de sa température absolue d'étirage, en général particulièrement appropriée, en °C. Pour les matières synthétiques partiellement cristallines comme les polyesters, le polycarbonate, ces plages optimales de température^ T sont d'au moins 7,5%, et pour les matières synthétiques très cristallines comme les polyolefines, les polyoxyméthylènes, etc., elles sont d'au moins 5% de leur tempé— 71 06389 6 2080760 rature d'étirage particulièrement appropriée en général (voir exemple 3). Dans la mise en œuvre de l'invention, on a observé que lors du formage définitif biaxial d'ébauches portées à des tempé-5 ratures d'étirage, et présentant les chutes prononcées de température selon l'invention, les processus de formage se déroulent de façon très régulière et stable de sorte que l'on obtient des rendements très élevés. Habituellement, le formage définitif commence à une extrémité de l'ébauche par la formation d'une 1G bulle symétrique, régulière et sphérique, puis se poursuit de façon continue le long de l'ébauche jusqu'au formage complet d'un corps creux satisfaisant. Par cette technique, selon l'invention, le procédé ressemble dans une large mesure à l'étirage continu de feuilles, de fibres et de tubes qui se distingue par sa continu-15 ité et par une stabilité particulière. Par contre, le formage de corps creux par étirage d'ébauches selon l'état antérieur de la technique s'effectue tout à fait autrement. Si aux fins d'étirage biaxial on porte des ébauches à des températures d'allongement précises selon l'état anté-20 rieur de la technique, et si l'on effectue le formage définitif, on observe que sans les chutes de température, ces ébauches donnent en général une ou plusieurs bulles d'étirage en un ou plusieurs points. Ces bulles se forment alors de façon entièrement incon-25 trôlable en des points quelconques de l'ébauche, par exemple sur une moitié supérieure, inférieure ou latérale de l'ébauche et le plus souvent, pas à l'une de ses extrémités, de sorte qu'au cours de la formation progressive de bulles on ne peut pas obtenir un formage symétrique progressant régulièrement mais seulement un 30 formage irrégulier géométriquement qui aboutit à un corps creux mal formé. Par suite de ce formage asymétrique, il se produit des excès d'allongement locaux de sorte que l'ébauche crève déjà pendant le formage définitif et n'est que partiellement moulé. Dans cet état antérieur de la technique, l'étirage discontinu rela-35 tivement instable des corps creux subsiste et par conséquent, le rendement relativement mauvais en corps creux convenablement formés et étirés, contrairement à la proposition selon l'invention. L'établissement d'une chute de température le long de l'ébauche à étirer n'est aucunement la seule idée avantageuse 40 prévue par l'invention pour la mise en œuvre du procédé de fabrication pour les corps creux étirés biaxialement avec des rende 71 06389 7 2080760 ments élevés et des propriétés améliorées. En général, au sens de l'invention, il est avantageux de régler la chute de température sur l'ébauche de façon telle que les températures, dans l'ensemble, s'abaissent du fond de l'ébauche vers son embouchure. En 5 pareil cas, il est particulièrement avantageux de former une bulle pendant l'étirage au fond de l'ébauche et de l'allonger en direction de l'embouchure, le long de l'ébauche (voir exemple 5 avec la figure 2). En outre, on a pu observer spécialement que la chute de 10 température de l'ébauche peut être soit linéaire relativement à sa longueur, soit, de façon particulièrement avantageuse, non linéaire avec une élévation croissante vers une extrémité de l'ébauche (voir graphique 1 de la figure 1). Quand la chute de température a une allure non linéaire 15 vers la zone de fond de l'ébauche, on peut amorcer de façon particulièrement satisfaisante la formation d'une bulle au fond de l'ébauche et la poursuivre de façon stable et symétrique. Dans le cas d'ébauches géométriquement simples dans lesquelles l'accroissement de l'épaisseur de la paroi est dans une 20 large mésure linéaire sur la longueur, il est apparu qu'en général, pour obtenir les avantages de l'invention, il suffit déjà d'établir une chute de température à peu près parallèle à la variation de l'épaisseur de la paroi à peu près avec la même pente. En pareil cas, pour obtenir la chute de température 25 désirée pour le réglage de la température de l'ébauche, il suffit souvent d'appliquer un seul liquide de refroidissement à température constante, avec une structure correspondante ou donnée du moule d'injection à refroidissement. Toutefois, dans l'étirage d'ébauches à géométrie com-30 pliquée et dont la variation d'épaisseur des parois n'est pas linéaire sur la longueur, il n'est plus possible d'appliquer avantageusement un seul liquide de refroidissement à température constante car ainsi, il se produit à nouveau dans les différentes zones de l'ébauche de si grandes chutes de température qu'un for-35 mage satisfaisant de flacons et corps creux est à nouveau restreint ou impossible. Si l'on travaille en prévoyant sur l'ébauche à étirer des différences de températures qui se situent encore dans la plage thermoélastique de la matière synthétique à étirer, et si par ailleurs, on opère avec des valeurs qui dépas-40 sent nettement des maxima déterminés des différences de température prévues par l'invention sur l'ébauche, les ébauches ne 71 06389 8 2080760 peuvent plus subir de formage définitif ou bien il se produit une nette diminution du rendement de flaccns convenablement soufflés et formés définitivement. Ou bien les ébauches crèvent avant le formage définitif - souvent aux endroits épais de leur paroi - ou 5 bien leur formage est défectueux - souvent aux endroits minces de leur paroi. En général, les différences optimales de température prévues par l'invention sur l'ébauche sont déjà dépassées quand ces chutes de température sur l'ébauche à étirer dépassent envi-10 ron la valeur AT = 25 à 30°C. La limite prévue par l'invention pour la chute optimale de température sur l'ébauche à étirer est d'autre part très nette, selon le caractère de la matière synthétique à étirer. Une fois que cette limite est dépassée, le rendement de flacons et corps creux convenablement formés diminue le 15 plus souvent très brusquement (voir graphique 2). Quand on applique un seul liquide de refroidissement à température constante pour des ébauches de structure compliquée présentant une distribution non linéaire de l'épaisseur de paroi sur la longueur de l'ébauche, on a trouvé et conformé ces concep-20 tions. En pareil cas, en fonction de la grandeur et de la structure d'ébauches correspondantes, on a mesuré après le réglage de la température des différences de température qui dépassaient les valeurs AT = 25 et 30°C dans les différentes zones de ces ébauches. Dans des cas où l'épaisseur de paroi varie de façon non 25 linéaire et différente, et en particulier lorsque la forme des ébauches à étirer est compliquée, on a eu d'excellents résultats en utilisant des moules à refroidissement et/ou à réglage de température comportant des systèmes à deux ou plusieurs chambres. Par exemple, on peut utiliser des moyens d'injection comportant 30 des systèmes de refroidissement à plusieurs chambres et qui peuvent être alimentés en fluides ou liquides de refroidissement ayant des températures différentes mais précises. Les températures absolues de ces liquides de refroidissement sont alors réglées et harmonisées en fonction des be£>ins des différentes zones 35 de 1'ébauche. En général, les zones de refroidissement de l'ébauche qui présentent des épaisseurs accrues peuvent être alimentées en fluides ou liquides de réglage de température à température plus basse, les zones de moindre épaisseur en liquides de refroi-40 dissement à température plus élevée, tandis que les zones d'épais 71 06389 9 2080760 seur moyenne de paroi sont alimentées en liquides à température moyenne (voir Exemple 6 avec la figure 3). Selon l'importance et l'ordre de grandeur des différences d'épaisseur de l'ébauche, on peut, pour obtenir une courbe 5 de température désirée sur l'ébauche, modifier ou régler à volonté le programme de température des différents fluides ou liquides de réglage de température, y compris à l'aide des systèmes de refroidissement à plusieurs chambres. Toutefois, ces systèmes de refroidissement à plusieurs 10 chambres, par exemple pour moules d'injection, ne peuvent pas seulement être appliqués avantageusement pour le réglage de température des ébauches dont la variation d'épaisseur de la paroi n'est pas constante et qui présentent des zones d'épaisseur de paroi différente en vue d'une augmentation du rendemenx, mais aussi, de 15 façon tout à fait surprenante, pour le réglage de la température des ébauches simples présentant par exemple une variation linéaire et/ou décroissante de l'épaisseur de la paroi. En particulier, cette application est avantageuse aussi pour des ébauches simples lorsqu'on vise à obtenir de grandes vitesses lors du re-20 froidissement. On a pu trouver en outre que non seulement les températures de l'ébauche refroidie dépendent des températures des liquides de réglage de la température utilisés dans les différentes zones, ainsi qu'il est compréhensible, mais qu'elles dépendent 25 aussi du temps de refroidissement, de façon surprenante. L'exemple 6, avec le tableau correspondant, donne une démonstration impressionnante de ces relations. Mais même lorsqu'on applique un seul fluide de refroidissement, dès lors que l'on agence le moule de refroidissement 30 de façon appropriée, le programme de température obtenu sur l'ébauche peut déjà être très fortement influencé en fonction du temps de refroidissement, et on peut ainsi, corrélativement, influencer le rendement de corps creux convenablement formés. On peut, en outre, exercer une certaine influence sur 35 la distribution de la température de l'ébauche dont la température est déjà réglée, immobilisant pendant un certain temps l'ébauche sur le parcours entre le moule d'injection et le moule de soufflage, après le démoulage. On peut encore renforcer cet effet en appliquant en 40 outre, éventuellement de façon intentionnelle, des agents de refroidissement ou de chauffage, par exemple en soufflant avec 71 06389 10 2080760 de l'air froid ou à température réglée en différentes zones. En outre, l'invention, qui a pour principe de prévoir une chute de température AT d'au moins 6 à 10°C, de préférence •m moins 10 à 15°C sur l'ébauche à étirer, se distingue très notù " blement des procédés connus d'étirage continu de femlXo;?, tt de tubes - qui se pratiquent comme on l'a dit plus haut entre d:s limites de température très étroites, de 1°C ou d'un petit nom- de °C - par le fait que la plage de températuresexiges ;>ar l'invention sur l'ébauche à étirer, c'est-à-dire de 6 & 10°^ 1r ou 10 à 15°C, doit en outre se situer dans la plage tfeermoi^c-stique de la matière synthétique à étirer si l'on veut éviter des ruptures lors de l'étirage biaxial. Toutefois, étant donné qu'en général les plag.s eiiernv. élastiques dont on dispose pour les matières synthétique? envi-.5 jagées sont relativement étroites et que souvent elles n* u.r as sent pas ou à peine la valeur AT exigée pour l'étirage d-ô la préforme, il est nécessaire, pour appliquer et pratiquai- avv; succès le procédé selon l'invention, de connaître et de ^osncc-ter très exactement une température dite "moyenne arithmétique" 20 Ta de l'ébauche, pour laquelle celle-ci peut être étirée ,e façon optimale. Cette température dite "moyenne arithmétique" Ta est donc la température que l'on peut obtenir en calculant lv. moyenne arithmétique des températures de l'ébauche à étirer; lorsqu'on obtient lors du formage définitif des rendements de 2? 100%. Dans le cas du polystyrène, matière synthétique qui t. une plage thermoélastique relativement large, on a trouvé que pour une géométrie donnée de l'ébauche, la température moyenne arithmétique est d'environ 120°C. Des écarts de + 5 à 10°C rel£ 50 uivement à cette valeur entraînent déjà une forte réduction des rendements de pièces convenablement formées (voir graphique 5). Pour d'autres matières synthétiques, en particulier I matières partiellement cristallines et cristallines, cas tolérai, ces sont encore moindres et atteignent + quelques °C. 35 Pour la pratique du procédé selon l'invention, on a su de bons résultats avec un moule à refroidissement qui, en vertu de sa structure géométrique et technique, est capable de refroidir l'ébauche plastique, après sa fabrication par formage, moulage ou injection, de façon telle que l'ébauche puisse être 40 étirée avec des rendements maximaux après l'application de temps bad original 71 06389 n 2080760 de refroidissement relativement courts. Le moule à refroidissement, qui peut constituer simultanément le moule de fabrication de l'ébauche plastique, peut se présenter aussi bien sous la forme d'un moule à refroidissement 5 à une seule chambre que sous la forme d'un moule à refroidissement à deux ou plusieurs chambres. En général, le moule de refroidissement peut être identique à un moule d'injection, ce moule d'injection devant assumer deux fonctions: 10 1. Le formage de la masse plastique, après le processus d'in-jectinn, en une ébauche plastique définie géométriquement. 2. L'établissement d'une chute de température ou d'une répartition de la température sur l'ébauche conformément à l'invention. Quand la géométrie des ébauches est simple et en parti-culier linéaire, un moule à refroidissement à une seule chambre alimenté par un liquide de refroidissement à température constante peut suffir dans bien des cas. Pour obtenir le long de l'ébauche la chute de température AT selon l'invention, la géométrie du moule de refroidissement peut être convenablement conçue, par exemple grâce à des perforations de refroidissement de section 20 différente, par des espacements différents entre les perforations de refroidissement et les surfaces intérieures du moule à refroidissement. Il est possible aussi d'utiliser pour les différentes zones du moule de refroidissement des matériaux de conductivité thermique différente. 25 A propos des figures 1 , 3 ét 4, on expliquera quelques exemples d'appareils selon l'invention servant à la mise en œuvre du procédé selon l'invention. La figure 2 montre un moule d'injection 2 formé d'un moule 1 et d'un poinçon 2. Le moule et le poinçon sont conçus pour 30 la fabrication d'une ébauche 3 à l'aide d'un noyau et dont l'épaisseur de paroi augmente de façon linéaire en direction du fond. Le moule d'injection est subdivisé en trois zones I, II et III et on peut le refroidir et régler sa température. Sur la figure 2, les trois zones sont représentées munies de perfo-35 rations de refroidissement de géométrie différente et de section différente. Ainsi, pour établir des températures différentes et quelconques sur l'ébauche 3, on peut les alimenter en agents de refroidissement à température différente aussi bien qu'à la même température. 40 Dans le cas le plus simple, les sections des perfora is; 71 06389 12 2080760 tions de refroidissement peuvent aussi être égales et elles peuvent également être alimentées par un seul liquide de refroidissement . Selon le réglage désiré de la température de l'ébauche 5 3, on peut souffler et former définitivement celle-ci pour obtenir le flacon 4. Le poinçon 2 de l'appareil est également conçu pour le réglage de la température au moyen de liquides de refroidissement L'aménagement prévu à cet effet n'est pas indiqué sur la figure 2 10 La figure 3 montre schématiquement un dispositif à in jection et à refroidissement, servant à fabriquer une ébauche 6 dont l'épaisseur de paroi varie irrégulièrement et à régler sa température. L'appareil comprend aussi le poinçon 7 qui est également conçu pour le refroidissement et le réglage de la tempe 15 rature. - Pour un refroidissement déterminé et un réglage déterminé de la température de l'ébauche moulée par injection, le moule d'injection 5 présente une subdivision en zones I à IV, conformément aux différentes zones de l'ébauche 6 qui ont des 20 épaisseurs de paroi différentes. A nouveau, les différentes capacités de refroidissement et de réglage de la température des zones I à IV sont indiquées par des sections différentes des canaux de refroidissement. Après avoir établi les températures désirées sur l'é-25 bauche 6, on peut donner à celle-ci la forme définitive d'un flacon 8. On a trouvé que pour obtenir le réglage désiré de la température de l'ébauche, on peut avantageusement alimenter les chambres de refroidissement en fluides de refroidissement ayant 30 une composition chimique et une conductivité thermique différentes. Des fluides de refroidissement appropriés sont l'eau, le glycol et le glycérol et aussi des mélanges de ceux-ci. Des fluides à faible conductivité thermique sont des huiles organi-35 ques et minérales et éventuellement des mélanges de celles-ci. En alimentant les différentes chambres avec ces fluides de refroidissement différents, on peut également influencer de façon dirigée la chute de température de l'ébauche à étirer. Les fluides à grande conductivité thermique donnent un refroi-40 dissement prononcé, les fluides à faible conductivité thermique 71 06389 13 2080760 donnent un refroidissement modéré. Enfin, la figure 4 montre d'autres possibilités intéressantes permettant de réaliser des dispositifs de refroidissement qui permettent une mise en œuvre avantageuse du procédé selon 5 l'invention. L'appareil se compose à nouveau d'un moule à injection 9 et d'un poinçon 10 servant à fabriquer l'ébauche 11. Pour obtenir un programme en une répartition de la température désirée sur l'ébauche moulée par injection, on a prévu à 10 nouveau différentes zones de refroidissement I, II et III. Pour obtenir en outre des réglages de la température tout à fait précis de l'ébauche 11 et/ou des différentes zones I, II et III, on peut prendre des mesures supplémentaires d'appareillage. 15 Dans la zone I on a indiqué que par des distances diffé rentes entre les perforations de refroidissement et l'ébauche 11, on peut influencer la chute de la température. Dans la zone III, on assure le long de l'épaisseur croissante de paroi de l'ébauche 11 un refroidissement croissant et 20 déterminé, grâce à des sections croissantes ou différentes des perforations de refroidissement. La zone II indique schématiquement d'autres possibilités permettant d'influencer les températures de l'ébauche 11. Dans la zone lia, la transmission de la température à 25 l'ébauche 11 peut se faire de façon continue sur sa longueur, quand on applique des fluides de refroidissement à température constante ou encore inégale, par l'utilisation de matériaux de moule ayant une conductivité thermique différente. La zone lia de la figure 4 contient une pièce rapportée en coin formée d'une matière dont la 30 conductivité thermique est différente de celle du moule. Dans la zone Ilb de la figure 4, en plus de l'insertion d'un coin métallique, on a encore fait varier la distance entre les canaux de refroidissement et l'ébauche. Pour fabriquer des moules à refroidissement et parties de 35 moule à refroidissement bon conducteurs, on peut utiliser en particulier des alliages, par exemple ceux de l'aluminium. Exemple 1 On fabrique une ébauche en polystyrène en forme de godet par le procédé de moulage par injection, on la soumet à diffé-40 rentes conditions de refroidissement et une fois que la plage de 71 06389 14 208076Û de la température d'étirage du polystyrène est atteinte, on la souffle pour former un corps creux en forme de godet (voir figure 1). On fait varier les temps de refroidissement et les condj 5 tions de refroidissement de façon telle que la chute de température le long de l'ébauche présente une pente différente ou que la différence de température AT des différentes zones de l3ébauche soit comprise entre 0°C et environ 38°C. Les températures des différentes zones de l'ébauche, 10 telles qu'elles sont indiquées sur le graphique 1 de la figure 1 ont été déterminées après le refroidissement à la température d'étirage, le démoulage hors du moule d'injection et immédiate-isent avant le soufflage, à l'aide d'un instrument de mesure à rayonnement infra-rouge. "15 Lors du soufflage, on a observé qu'il existe relati» entre la différence de températureA T le long de l'ébauche et le pourcentage de rendement de godets convenablement formés par étirage (voir graphique 2 de la figure 1). Expéri- Températures Différence de Rendement de corps ence N° des zones,°C température des creux satisfaisants I II III zones AT, °C 20 0/ 25 1 120 120 120 0 35 2 119 120 125 6 89 3 117 119 129 12 97 4 115 121 134 19 100 5 110 118 140 30 20 6 109 119 147 38 0 Le graphique et les tableaux montrent que le pourcentage de rendement de corps creux satisfaisant, c'est-à-dire ne présentant ni trous ni formage défectueux, dépend très fortement 30 de la grandeur de la valeurAT de l'ébauche pendant l'étirage: Le rendement optimal, soit 100%, est obtenu dans le présent exemple quandAT se situe entre 15 et 20°C environ. Si la valeurAT s'écarte nettement vers le haut ou vers le bas, le rendement de godets satisfaisants et formés définitive 35 ment diminue dans la même mesure. Exemple 2 On répète les expériences de l'exemple 1. Toutefois, on fait varier les conditions de refroidissement et les temps de refroidissement de façon telle qu'il subsiste bien dans toutes 40 les expériences, sur l'ébauche, une différence de température .AT 71 06389 2080760 d'environ 15 à 20°C, mais température (Ta) à partir soient très différentes. Expé- Tempé- Tempé- rience rature rature N° des zones moyenne °C, Ta, °C I III que les moyennes arithmétiques de la des températures des zones I et III 5 MO Diffé- Rende-rence de ments tempéra- % ture A T °C Observations dans le cas de formage défectueux 1 94 112 102 18 31 Non formé défi' nitivement 2 104 123 112 19 83 »! n it danz la zone I 3 115 134 121 18 100 — — 4 120 140 129 20 97 — — 5 133 152 141 19 53 crevé dans la 10 zone I 15 L'exemple 2 montre que pour fabriquer les récipients étirés biaxialement en polystyrène, l'augmentation du rendement nécessite bien une chute de la température minimale sur l'ébauche à étirer mais qu'en outre, la plage de températures dans laquelle 20 ce formage biaxial est possible est très restreinte. Dans le cas du polystyrène non modifié dont il s'agit ici, pour une moyenne arithmétique (Ta) de la température d'environ 121°C, on obtient un rendement optimal (voir graphique 3). Quand on s'écarte d'environ +5°C de cette moyenne arith-25 métique de la température (Ta), on observe déjà une diminution du rendement par formage défectueux et éclatement des ébauches. Exemple 3 On répète les expériences des exemples 1 et 2 en utilisant une série de matières synthétiques différentes, aussi bien 30 amorphes que partiellement cristallines et cristallines. Comme matières synthétiques, outre le polystyrène, on utilise aussi le chlorure de polyvinyle, les copolymères acrylonitrile/butadiène/ styrène et d'autres polymères mais aussi des polyesters, polyamides, polyoléfines et autres polymères cristallins. 35 On a trouvé que de façon tout à fait générale, on ob tient des rendements accrus de corps creux convenablement formés si l'on applique sur l'ébauche à étirer des chutes de température AT qui représentent généralement 5 à 10% de la valeur absolue de la température d'étirage à utiliser, en °C. 40 On a trouvé en outre que la chute de températureJST des ébauches formées de matières synthétiques amorphes diminue avec 71 06389 16 2080760 le degré de cristallinité de l'ébauche. Dans le cas de matières synthétiques amorphes, la chute optimale de température représente environ 10% de la température d'étirage établie, en °C; pour les ébauches cristallines elle représente plutôt 5% de la 5 température d'étirage établie en °C; pour les ébauches partiellement cristallines elle se situe à peu près à mi-chemin. Exemple 4 On répète l'exemple 1 dans les mêmes conditions. On modifie simplement la variation d'épaisseur de l'ébauche sur sa 10 longueur. On trouve que la chute de température^T avantageuse pour l'étirage augmente également à mesure que la différence d'épaisseur de la paroi de l'ébauche augmente. Exemple 5 Il s'agit de fabriquer par étirage biaxial un flacon 15 en polyester (figure 2). Tout d'abord, en moulant du polyester par injection à environ 270°C, on fabrique une ébauche de polyester d'épaisseur de paroi croissante. Le moule d'injection lui-même est subdivisé en trois chambres de refroidissement indépendantes l'une de l'autre 20 de façon que l'on puisse les alimenter en liquides de refroidissement dont la température réglée est différente et que l'on puisse refroidir à volonté l'ébauche aux températures désirées le long des trois zones (voir figure 1). Après avoir moulé l'ébauche par injection, on la refroi-25 dit environ 15 secondes dans le moule à injection, les trois chambres de refroidissement du moule étant alimentées, conformément aux trois zones de l'ébauche, en eau aux températures suivantes, pour une température constante du. poinçon: zone I : 80°C 30 zone II : 72°C zone III: 62°C Après écoulement du temps de refroidissement, on démoule la pièce moulée par injection et on la transfère dans le moule de soufflage. 35 Immédiatement'avant l'étirage biaxial de l'ébauche par soufflage à une pression de 8 atmosphères relatives, on mesure dans la région de la zone II une température de 101°C. La température correspond à peu près à la moyenne arithmétique (Ta) de la température de l'ébauche. 40 Dans cette expérience et dans ces conditions, les rende ments sont d'environ 100%. 71 06389 17 2080/60 Quand on modifie de quelques degrés en plus et/ou moins les températures établies dans les différentes zones I, II et III, le rendement des récipients ou flacons convenablement formés diminue aussitôt nettement par suite de formation de trous 5 lors du soufflage. Exemple 6 On décrit ici la fabrication d'un flacon étiré biaxialement réalisé en chlorure de polyvinyle dur et destiné à contenir des boissons gazeuses. 10 Les propriétés mécaniques des flacons sont encore amé liorées non seulement par l'étirage, mais par la forme géométrique qui est à double boule (voir figure 3). Ainsi, pour deux raisons, le flacon convient particulièrement pour résister à la pression de l'anhydride carbonique. 15 A nouveau, pour fabriquer le flacon, on réalise tout d'abord une ébauche en chlorure de polyvinyle en injectant une masse plastique de chlorure de polyvinyle dans un moule à injection. Compte tenu de la géométrie du flacon à obtenir, le moule à injection est conçu de façon telle que les zones II et IV qui 20 doivent ensuite être formées en boule et avoir la plus grande largeur, présentent une épaisseur deux fois plus grande que la portion de paroi III comprise entre ces deux boules. On obtient ainsi des ébauches qui présentent, dans la région des zones en boule, une épaisseur à peu près deux fois plus grande qu'entre les deux bou-25 les. Le col du flacon I ou de l'ébauche présente à nouveau une moindre épaisseur de paroi que la zone III située entre les deux boules (voir les différentes zones sur la figure 3). Dans les expériences visant à donner aux ébauches obtenues la forme d'un flacon par étirage biaxial avec le plus grand 30 rendement possible, on établit et on essaie à nouveau différente programmes ou répartitions de la température sur l'ébauche. Enfin, lorsqu'on règle comme suit les températures des liquides de refroidissement des différentes zones, on obtient un rendement de 100% de flacons convenablement formés: 35 zone : I II III IV température: 50°C 71°C 82°C 70°C Dans ces conditions de refroidissement, au bout d'un temps de refroidissement de 6 secondes, on peut déjà former des flacons avec un rendement maximal. Si l'on raccourcit ou si l'on 40 allonge le temps de refroidissement, on obtient un déchet accru. 71 06389 18 2080760 Mais on peut à nouveau réduire partiellement ce déchet accru en différenciant à nouveau le programme de refroidissement pour les différentes zones. En général, on a trouvé que des températures de refroi-5 dissement plus basses et en même temps une durée de refroidissement diminuée ne donnent des rendements optima de flacons que si l'on augmente les différences de température de refroidissement $T entre les zones d'épaisseur différente. Inversement, les temps de refroidissement augmentent pour une faible valeur de/S T 10 si l'on veut conserver un rendement optimal. Les données de mesure suivantes donnent une indication; Expéri- Températures Temps de refroi- Rendement, ence N° (°C) dans les dissement, % zones secondes I II III IV 1 50 71 82 70 6 100 2 50 71 82 70 4 Env. 53 3 50 71 82 70 8 v 82 4 50 65 82 66 4 100 5 50 75 82 75 8 SI 97 Les relations indiquées par ce tableau donnent précisément des indications sur les possibilités techniques et économiques intéressantes de l'invention. 25 30 35 40 71 06389 19 2080760 m u » 3 ici i i cis 1. Procédé de fabrication de corps creux en une matière synthétique thermoplastique par étirage biaxial dans la plage thermoélastique, caractérisé par le fait que l'on ef- 5 fectue le formage thermoélastique définitif du corps creux en partant d'une ébauche qui présente sur sa longueur des différences de température ou une chute de températureAï. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les différences de température ou la chute 10 de température sont de 6 à 20° C, en particulier de 6 à 15° C et de préférence de 10 à 15° 0. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les différences de température ou la chute de température des ébauches à étirer sont d'environ 10 15 à 20° C dans le cas de matières synthétiques amorphes, d'environ 10 à 15° C dans le cas de matières synthétiques rartiellement cristallines et d'environ 6 à 10° C dans le cas de matières synthétiques très fortement cristallines. 4. Procédé selon l'une quelconque ies revendi- 20 cations 1 à 3, caractérisé par le fait que les différences de température ou la chute de température des ébauches à étirer sont d'au moins 10;- de la température absolue d'étirage qui convient particulièrement en général dans le cas les matières synthétiques amorphes, d'au moins 1,5, de cette température dans le 25 ces de matières synthétiques partiellement cristallines et d'au moins 5'a de cette température dans le cas de matières synthétiques très cristallines. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, csractérisé par le fait que la chute de température 30 de l'ébauche à étirer est dans l'ensemble dans le sens descendant du fond de l'ébauche ^ son embouchure. 6. : rocé.ié selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on établit le long de l'ébauche à étirer une chute de température linéaire. 35 7. Irocéié selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on établit sur l'ébauche à étirer une chute de température avec augmentation croissante en direction d'une de ses extrémités par exemple du fond. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendi- 40 cations 1 à 7, caractérisé par le fait que dans le cas d'ébau- bad original, * 71 06389 20 2080760 cries géométriquement simples dont l'épaisseur de paroi augmente de façon sensiblement linéaire sur la longueur, on établit une chute de température à peu près parallèle à la variation de l'épaisseur .le la paroi, avec une pente à peu près égale. 5 9. Procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 à 8, caractérisé par le fait que dans le cas d'ébauches géométriquement simples, dont l'épaisseur de paroi augmente ùe façon sensiblement linéaire sur la longueur, on établit une chute le température à peu près parallèle à la variation de 10 l'épaisseur de la paroi, avec une pente à peu près égale, en appliquant un seul fluide de refroidissement à température constante, par exemple un seul liquide de refroidissement à température constante. 10. Procédé selon l'une quelconque des reven-15 -dications 1 à 9, caractérisé par le fait que dans le cas' d'ébauches qui ne sont pas linéaires géométriquement et dont l'épaisseur de paroi varie de façon non linéaire sur leur longueur, on refroidit les zones d'épaisseur différente au moyen de fluides de refroidissement ayant des températures différentes. 20 11. Procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 à 10, caractérisé par le fait que dans le cas d'ébauches non linéaires géométriquement et dont l'épaisseur de paroi varie de façon non linéaire sur leur longueur, on refroidit les zones d'épaisseur différente au moyen de fluides de refroidisse-25 ment ayant des températures différentes en ce sens que l'on refroidit les zones d'épaisseur accrue au moyen de fluides à basse température, les zones de faible épaisseur au moyen de fluides à température plus élevée et les zones d'épaisseur moyenne au moyen de fluides à température moyenne. -G . 12. Procédé-selon l'une quelconque des reven dications 1 à 11, caractérisé par le fait que lans le cas d'ébauches non linéaires géométriquement et dont l'épaisseur de paroi varie de façon non linéaire sur leur longueur, on effectue un réglage différent de la température des zones d'épaisseurs dif-35 férentes dans -des systèmes de réglage de la température à deux ou plusieurs chambres ou des moules d'injection à refroidissement par deux ou plusieurs chambres. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que dans le cas 40 d'ébauches en grande partie linéaires géométriquement et à l'é- bad original 71 06389 21 2080760 paisseur de paroi et de forme géométrique relativement simples. On refroidit des zones au moyen de fluides de refroidissement à température différente afin d'obtenir de grandes vitesses de refroidissement et d'établir rapidement la courbe de température 5 désirée dans l'ébauche à étirer. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que dans le cas d'ébauches en grande partie linéaires géométriquement et à l'épaisseur de paroi et de forme géométrique simples, on refroidit des zones 10 au moyen de fluides de refroidissement à températures différentes, par exemple en utilisant un moule à injection avec refroidissement par deux ou plusieurs chambres, afin d'obtenir de grandes vitesses de refroidissement et d'établir rapidement la courbe de température désirée sur l'ébauche à étirer. 15 15. Procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 à 14, caractérisé par le fait que pour obtenir des températures différentes de l'ébauche, on refroidit les chambres de refroidissement des moules à injection au moyen d'agents de refroidissement ayant une conductivité thermique ou une chaleur 20 spécifique différente. 16. Outil d'injection destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on peut le refroidir ou régler sa température à volonté et/ou dans différentes zones. 25 17. Outil d'injection selon la revendication 16, caractérisé par le fait que le long de son moule il est muni de chambres de refroidissement doubles ou multiples et qu'il est agencé de façon que l'on puisse alimenter ces chambres en agents de refroidissement à des températures différentes et réaliser 30 un programme ou une répartition de température désirée sur l'ébauche . 18. Outil d'injection selon la revendication 16, caractérisé par le fait que pour le réglage de la température d'une ébauche dont l'épaisseur de paroi est sensiblement li-35 néaire et constante sur sa longueur, ledit outil est muni d'une seule chambre de refroidissement et que cette chambre, par sa géométrie, par les sections et les espacements des canaux de refroidissement etc ..., engendre obligatoirement une chute de température le long de l'ébauche, même quand on applique un seul 40 agent de refroidissement. 71 06389 22 2080760 19. Outil d'injection selon la revendication 16, caractérisé par le fait que pour le réglage de la température d'une ébauche présentant sur sa longueur une épaisseur de paroi sensiblement linéaire mais croissante, ledit outil est muni d'une seule chambre de refroidissement et que cette chambre, par sa géométrie, par les sections et les espacements des canaux de refroidissement etc ..., engendre obligatoirement une chute de température le long de 1'ébauche, même quand on applique un seul agent de refroidissement. 20. Outil d'injection selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé par le fait que l'outil prévu pour le réglage de température de l'ébauche est muni en outre de chambres de refroidissement simples ou multiples permettant d'obtenir des différences de température ou des chutes de température, avec une section différente des canaux de refroidissement et un espacement des canaux de refroidissement entre eux ainsi qu'entre ceux-ci et l'ébauche, ainsi que des pièces l'apportées formées de métaux et matériaux de conductivité thermique différente.