Brevet FR2134283A1 — publié le 19721208

L'invention a pour objet un nouveau type de couvercle destiné à assurer la fermeture étanche d'un récipient. Elle concerne également son procédé de fabrication ainsi que son application à la réalisation d'emballages étanches. 5 Plus exactement l'invention s'applique à la production de couvercles destinés à assurer la fermeture étanche de récipients soumis à des conditions de transport et de manutention sévères, tels que des récipients de rations individuelles d'aliments ou de boisson. 10 On connaît différents procédés et dispositifs de fermetures étanches de récipients utilisant une capsule amovible en matière plastique immobilisée et scellée par un moyen de fermeture métallique ou plastique assurant l'inviolabilité jusqu'au moment de l'emploi du contenu du récipient. A. cet effet on 15 a déjà proposé d'utiliser les propriétés thermorétractiles des feuilles de certains polymères pour obtenir le scellement des récipients. On a cherché à savoir pour quelles raisons on n'avait pu développer des couvercles par application directe de 20 telles feuilles à propriétés thermorétractiles à la fermeture de récipients sans se passer de capsules intermédiaires. On a constaté, par des essais faciles à reproduire, que la tension résultant de la rétraction de ces feuilles sous l'action de la chaleur avait un effet de traction vers le centre. Cet effet de traction 25 tend fortement les bords de la feuille, la rendant plus fragile, ou bien fait remonter le bord de façon irrégulière et non réglable. Ces phénomènes nuisent à l'étanchéité, même si on prend soin de choisir les matières du récipient et de la feuille comme scel— labiés l'une sur l'autre par l'effet de la chaleur utilisée au 30 thermoformage. Si on recuit la feuille après scellement, on supprime la tension mais on obtient une surface difforme. Outre l'aspect peu engageant, il en résulte des risques d'accrochage ou d'arrachage au cours des manutentions. Si on cherche à remédier à ces inconvénients en choisissant des feuilles plus épaisses, 35 on est conduit à des temps de thermoformage qui risquent d'altérer la forme du récipient ou son contenu. Dans le brevet français n° 69 12 117 on a proposé d'obturer des récipients directement au moyen de couvercles thermorétractables obtenus à partir d'une feuille plane de matière 71 15542 21347»? the rrnopl a s t i que non orientée dont une pgtrfcie est chauffée à la température convenable, mise en forme de couvercle à fond plat, refroidie et enfin découpée de manière à laisser subsister une jupe périphérique bordant le fond plat du couvercle obtenu (voir 5 figure 1). Au cours de ce formage, la périphérie du fond plat du couvercle et la jupe acquièrent une orientation essentiellement radiale qui confère au couvercle une thermorétractabilité radiale (flèches f, figure 1) importante et une thermorétractabi-10 lité tangentielle (flèches f', figure 1) faible. L'obturation d'un récipient au moyen de ce couvercle consiste à provoquer le resserrement de la jupe sur la paroi externe de l'orifice du récipient par thermorétraction du couvercle. 15 Au cours de l'opération d'obturation d'un réci pient par thermorétraction d'un couvercle de ce genre, on peut constater que sous la seule action de la chaleur le couvercle a tendance à reprendre la forme plane initiale de la partie de la feuille de matière thermoplastique à partir de laquelle il a été 20 obtenu, ce qui nuit au bon sertissage de la jupe sur l'ouverture du récipient et à l'étanchéité de l'obturation ainsi obtenue. C'est pourquoi l'obturation de récipients au moyen de ce genre de couvercle impose l'emploi de moyens complémentaires permettant, de maintenir froide la partie centrale plane du fond du couvercle, 25 ce qui accroît la complexité de la méthode d'obturation de récipients et des machines réalisant cette méthode. L'invention propose un nouveau type de couvercle qui élimine les inconvénients précités. Le couvercle selon l'invention est caractérisé 30 en ce qu'il est constitué d'une feuille- thermorétractile ayant la forme d'une partie plane entourée d'une jupe, ladite partie plane comportent une zone centrale de rétractabilité plus faible que celles de la zone périphérique, ladite jupe ayant une rétractabilité à forte composante tangentielle. 35 L'invention concerne également un procédé d'obtention de ce couvercle, procédé consistant à provoquer successivement : - le préformage d'au moins une partie d'une feuille thermoplastique ramollie de manière à donner à cette 71 15542 2134283 partie 1s forme d'une ébauche de couvercle, - le recuit homogène de cette ébauche en lui maintenant la forme acquise, - et une déformation rapide avec extension 5 radiale da cette ébauche, ladite déformation étant combinée avec une opération de trempe. L'invention concerne également les récipients étanches obtenus par application sous rayonnement calorifique du couvercle selon l'invention à l'orifice d'un récipient comportant 10 de préférence un bourrelet, une gorge ou un évasement. Le demandeur s constaté à l'expérience que le couvercle selon l'invention a "en mémoire" la forme de l'ébauche de couvercle précitée vers laquelle il tendra sous le seul effet d'un rayonnement calorifique. Un tel couvercle soumis à un rayon— 15 nement calorifique se rétracte moins dans sa zone centrale que dans sa partie périphérique. Si on l'applique à l'orifice d'un récipient d'ouverture appropriée, la partie périphérique et la jupe se resserreront donc plus vite que la zone centrale sous l'action de la chaleur. On obtiendra alors un bon serrage périphé-20 rique et seulement une faible tension de la zone centrale, suffisante pour la maintenir plsne, mais trop faible pour faire remonter la jupe. Le fait que le couvercle selon l'invention ait en mémoire une forme d'ébauche de couvercle vers laquelle il ten-25 dra sous le seul effet d'un rayonnement calorifique est une propriété essentielle qui le distingue des produits antérieurs. Le fait que la jupe ait une rétractabilité à forte composante tangentielle a pour résultat, sous l'effet de la chaleur, un excellent serrage transversal. 30 La qualité du serrage est si bonne que le demandeur a pu obtenir, sans collage, l'étanchéité sur des récipients comportant des bords lisses sans évasement, bien que de tels récipients,ne soient pas recommandés pour obtenir l'étanchéité sans collage. 35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit d'exemples de réalisation. On se référera aux dessins annexés dans lesquels : - lâ figure 1 montre un couvercle d'un type connu ; elle sert à expliquer l'orientation des contraintes exis- 40 tantes dans ce type connu et à la comparer ensuite au couvercle 71 15542 2134283 selon l'invention, - la figure 2 est une vue en élévation et en coupe d'un récipient obturé par un couvercle selon l'invention et d'un couvercle tel qu'il se présente avant sa pose sur le réci- 5 pient et sa fixation par thermorétraction, - les figures 3 et i+ sont deux vues schématiques en élévation et en coupe d'un mode de réalisation d'un appareil pour la fabrication du couvercle selon l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective du 10 couvercle obtenu au moyen de l'appareil des figures 3 et 4. Sur la figure ^ on a représenté en coupe un gobelet 1 à obturer ayant une forme de révolution et dont l'orifice circulaire 2 est muni d'un bourrelet 3. La description qui suit, faite à titre illus— 15 tratif, a trait à l'obtention d'un couvercle destiné à obturer hermétiquement ce gobelet par thermorétraction en prenant le profil désigné par la référence 4 sur la figure 2. Les figures 3 et 4 représentent un mode de réalisation d'un appareillage permettant d'obtenir par thermoformage, 20 recuit et déformation avec trempe, un couvercle selon l'invention. Cet appareillage se compose essentiellement d'un moule mâle 5 et d'un moule femelle 6 superposés et munis tous les deux d'évents d'aspiration 7. Le moule mêle 5 comporte par ailleurs des moyens 25 de chauffage représentés par une bougie chauffante 8 et des moyens non représentés permettant soit de faire le vide soit d'introduire une surpression à l'intérieur du moule mâle. Par ailleurs, la "protubérance" 11 du moule mâle a une forme de révolution à sommet plan, voisine de la forme 30 4 que devra prendre le couvercle sur le récipient après thermorétraction et dont les dimensions, en particulier le diamètre de la partie supérieure 12 plane, sont plus petites que les dimensions homologues de la forme 4. La paroi interne de l'évidement 13 du moule 35 femelle a un fond plat 14 analogue à celle de la protubérance 11 mais dont les dimensions, en particulier le diamètre du fond plat 14, sont plus grandes. Le moule femelle 6 est muni de moyens de refroidissement représentés par un serpentin à circulation d'eau et 71 15542 2134283 d'une bague intermédiaire 15 construite en un matériau thermique-ment isolant. L'appareillage est complété par des moyens 16 de fixation et de maintien de la feuille de matière plastique 17 5 a partir de laquelle le couvercle doit être obtenu, et des moyens symbolisés par les flèches F et F' pour respectivement faire monter le moule mâle 5 et faire descendre le moule femelle 6 jusqu'à ce que la bague intermédiaire 15 vienne au contact de la feuille de matière plastique 17. L'épaisseur de la bague 15 est telle que 1Q la somme H de l'épaisseur e de la bague 15 et de la profondeur P Le fonctionnement de cet appareillage est le suivant î 15 Gomme dans une opération de thermoformage or dinaire, une feuille mince de matière plastique portée à une température supérieure à sa température de transition vitreuse est maintenue par des moyens 16, tandis que les moyens F élèvent le moule mâle 5 jusqu'à ce que la protubérance 11 ait dépassé le 20 niveau de la partie maintenue de la feuille 17. Puis on fait le vide à l'intérieur du moule mâle. La partie de la feuille entraînée par la protubérance épouse alors la forme de cette dernière et acquiert la forme d'ébauche qui sera dénommée ci-après la "forme-mémoire". 25 On élimine les contraintes développées dans la forme-mémoire par thermoformage en procédant à son recuit en la laissant au contact de la protubérance chaude pendant le temps suffisant, par exemple cinq secondes pour une température de 60°C dans le cas où le couvercle est obtenu à partir d'une feuille de 30 polychlorure de vinyle, telle que les feuilles de PVC de 250^/c d'épaisseur. Â la fin de ce temps, les moyens F' font descendre le moule femelle 6 jusqu'à ce que la bague intermédiaire 15 vienne au contact de la partie de la feuille 17 appliquée sur 35 la base de la protubérance. Etant donné l'épaisseur de la bague 15, le fond 14 de l'évidement 13 n'entre pas en contact avec la partie de la feuille 17 appliquée sur le sommet plan 12 de la protubérance. Dans cette phase (voir figure 4) la bague 15 7Ï T5542 6 2134283" isole- thermiquemen-t le moule femelle froid 6 de la partie de feuille chaude 17 arec laquelle la bague est en contact et permet d'éviter ainsi le refroidissement brutal de cette partie de la feuille p 17. De plus, la bague assure l'ét^nchéité du volume subsistant ! 5 entre le moule femelle et la forme-mémoire acquise par la feuille ■; 17 sur la protubérance. Au cours de la dernière phase, on provoque simultanément : - l'aspiration de l'air emprisonné entre le 10 moule femelle et la forme-mémoire s- — et une brève surpression entre la protubérance 11 et la forme-mémoire. Cette dernière se trouve alors distendue brutalement, particulièrement sur la périphérie, et plaquée contre la 15 paroi interne froide du moule femelle au contact de laquelle elle se trouve trempée. Il suffit alors de procéder à l'extraction de la feuille comportant en relief l'empreinte du couvercle 10 selon l'invention puis à la découpe du couvercle par. exemple à l'emporte-20 pièce. La figure 5 représente une forme possible du couvercle obtenue par découpe de l'empreinte sur sa périphérie, le tracé de la découpe étant prévu pour laisser subsister une languette d'arrachage 23. 25 Le couvercle obtenu comporte une partie plane 19 entourée d'une jupe 20. Le diamètre de la partie plane est supérieur au diamètre de l'orifice 2 du récipient sur lequel le couvercle doit être fixé, ce qui lui permet d'être posé aisément sur le récipient (voir figure 2). 30 Au cours de la phase d'expansion de la forme- mémoire, la zone centrale 21 de la partie plane 19 a acquis des contraintes radiales d'amplitude beaucoup plus faibles que les contraintes tangentielles acquises par la jupe 20. Le.couvercle obtenu permet d'obturer des réci-35 pients dont l'orifice a un diamètre compris entre le diamètre de la forme-mémoire et le dismètre de la capsule comme il est représenté en traits interrompus sur les figures 3 et 4. Pour obturer un récipient, il suffit de l'introduire, revêtu de son couvercle, dans un tunnel chauffant dont bao°^ginal 1 à 71 15542 2134283 les éléments chauffants de voûte fournissent une énergie calorifique plus faible que celle fournie par les éléments chauffants latéraux. Sous l'action de la chaleur, le couvercle tend à reprendre la géométrie de la forme-mémoire. La zone centrale 21 de la 5 partie plane 19 du couvercle faiblement rétractile se rétracte peu et conserve ainsi sa planéité, tandis que la zone périphérique 22 et la jupe 20 ayant acquis une forte t'nermorétractabilité au cours de l'opération de déformation-trempe se rétractent beaucoup et enserrent fortement le bord supérieur du récipient et le bourrelet 10 3 (voir figure 2), la thermorétractabilité de la jupe présentant une forte composante tangentielle (flèches f', figure 5) entraînant le resserrement de cette dernière qui ne remonte pas et la fixation étanche du couvercle sur le récipient. Selon les dimensions des moules, il est possible 15 d'obtenir des formes de couvercle thermorétractable adaptées aux conditions d'emploi (nature et forme du récipient à obturer) et de manutention, tant des couvercles eux-mêmes que des récipients obturés par lesdits couvercles. Il est aussi possible d'obtenir des capsules 20 à hauteur de jupe importante permettant d'assurer les conditions d'hygiène requises lorsque les récipients à obturer sont destinés à la fois au conditionnement d'un produit consommable et à la consommation directe de ce produit par le consommateur, comme c'est le cas des récipients constituant des doses individuelles de bois-25 son. Il est à noter que la hauteur"de la jupe de la capsule avant sa pose est pratiquement la même que la hauteur prise par la jupe après le sertissage du couvercle sur le récipient à obturer. Il est évident que la présente invention est applicable à l'obtention de couvercles devant obturer des réci-30 pients ayant des formes différentes d'une forme de révolution comme par exemple des récipients prismatiques ou parallélépipédi-cues. De même, elle est applicable à l'obtention de couvercle devant obturer des récipients dont le bord de l'orifice est démuni de bourrelet. 35 II va de soi que l'appareillage décrit à titre d'exemple peut être adapté pour fabriquer en même temps plusieurs couvercles à partir de la même feuille en matière thermoplastique et que, dans chaque cas, la géométrie de la forme-mémoire donnée à chaque partie traitée de,la%feuille au cours de 1Jopération de 40 preformage doit être adaptée a la geometrie de l'orifice du récipient à obturer. 71 T5542 s 2134283 a g V ià K D I g A T I 0 l'i H 1. Couvercle destiné à obturer un récipient par serrage par thermorétraction, caractérisé par le fait qu'il est constitué d'une feuille tnermorétraetile ayant la forme d'une 5 partie plane entourée d'une jupe, ladite partie plane comportant une zone centrale de rétractabilité plus faible que celles de la zone périphérique, ladite jupe ayant une rétractabilité à forte composante tangentielle. 2. Couvercle selon la revendication 1, carac- 10 térisé par le fait que le périmètre de la jupe est plus gr&nd que le périuirore de l'orifice du récipient à obturer. 3. Procédé d'obtention du couvercle défini dans l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à provoquer successivement 15 - le préformage d'au moins une partie d'une feuille thermoplastique ramollie de manière à donner à cette partie la forme d'une ébauche de couvercle, - le recuit homogène de cette ébauche en lui maintenant la forme acquise, 20 - et une déformation rapide avec extension ra diale de cette ébauche, ladite déformation étant combinée avec une opération de trempe. 4. Procédé selon la revendication 3> caractérisé par le fait d'une part que l'opération de préformage consiste à 25 donner à la partie de la feuille traitée la forme d'une ébauche de couvercle ayant la même allure et des dimensions plus petites que celles que devra avoir le couvercle après sertissage par the:p-morétraction sur le récipient, et d'autre part que l'opération de déformstion rapide avec extension de l'ébauche consiste à lui 30 donner une forme analogue de dimensions plus grandes que celles de la iorme que devra prendre le couvercle après sertissage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisé par le fait que les opérations de préformage et de déformation avec extension de l'ébauche sont 35 faites selon la technique de thermoformage. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5» caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison î - des moyens pour préformer, sous forme d'ébau— 40 che de couvercle, au moins une partie d'une feuille en matériau 71 15542 2134283 thermoplastique, - des moyens pour recuire cette ébauche de façon homogène et pendant un temps prédéterminé, - des moyens pour provoquer successivement la 5 déformation rapide avec extension radiale de cette ébauche recuite et la trempe immédiate de 1s partie ainsi déformée. 7. Dispositif selon le revendication 6 caractérisé en ce que les moyens pour préformer, sous forme d'ébauche de couvercle, la partie traitée de ls feuille thermoplastique et 10 pour recuire cette ébauche sont constitués par un moule mâle d'une machine de thermoformage sous vide, ce moule mâle étant muni de moyens pour maintenir sa température à une valeur supérieure à la valeur de la température de transition vitreuse du matériau thermoplastique constituant la feuille. 15 8. Dispositif selon la revendication 7 carac térisé par le fait que les moyens pour provoquer la déformation de l'ébauche recuite sont constitués - par un moule femelle disposé vis-à-vis du moule mâle, muni de moyens de refroidissement le maintenant à une 20 température inférieure à celle du moule mâle, et d'une partie thermiquement isolante assurant un contact étanche entre le moule femelle, la feuille de matière thermoplastique et le moule mâle, - par des moyens pour aspirer l'air enclos entre l'ébauche en contact avec le moule mâle et la paroi interne du 25 moule femelle, et pour simultanément appliquer une surpression entre ls surface externe du moule mâle et l'ébauche appliquée contre celle-ci. 9. Dispositif pour obturer un récipient au moyen du couvercle thermorétractile défini par l'une quelconque 30 des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait qu'il comprend des éléments chauffants de voûte et des éléments chauffants latéraux donnant des rayonnements calorifiques plus grands l'un que l'autre. 10. Couvercle caractérisé en ce qu'il est obtenu 35 par le procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5. 11. Récipient à couvercle étanche caractérisé en ce que ce couvercle est conforme à l'une quelconque des revendications 1, 2/et obtenu par la mise en oeuvre de l'une quelconque des revendications 4 à 6, le serrage de ce couvercle sur l'orifice 40 du récinient etnt réalisé par thermorétraction.