Brevet FR2192900A1 — publié le 19740215

La présente invention se rapport- -a un procédé d'extrusion de récipients thermoplastiques utiles pou mettre en bouteille des liquides sous pression, par exemple des bouteilles à boissons. Dans le brevet français n0 70 45 357 du 16 décembre 1970, on décrit un procédé et un appareil pour former un récipient thermoplastique de forte générale cylindrique, à orientation noléculaire, tel ou'que bouteille, servant à mettre en bouteilles des liquides sous pression.On met en oeuvre le procédé en extrudant une pièce brute thermoplastique creuse d'un fût d'extrusion dans un moule pour bouteille, à travers un orifice d'extrusion annulaire, en formant d'abord la portion à capsuler de la bouteille, puis en formant le corps de la bouteille tout en poursuivant l'extrusion de la pièce brute, en l'étirant et en la dilatant en même temps, en envoyant un fluide contre les parois intérieures du produit d'extrusion, pour lui faire prendre, par dilatation, la forme du moule. On oriente le polymère thermoplastique en direction axiale (direction opposée à la direction annulaire), en premier lieu, en étirant le produit d'extrusion, pendant l'extrusion de la pièce brute creuse. Pour le faire, la yremière portion de la pièce brute creuse extrudée qui coule dans la portion du moule formant la partie supérieure, portion à capsuler de la bouteille, joue le rôle de point d'ancrage ou de retenue à partir duquel le produit d'extrusion est étiré. Éu cours de l'extrusion, de l'étirage et de la dilatation de la portion du corps, il existe une force tendant à tirer ou étirer la matière thermoplastique à ltextérieur de la portion du moule qui forme la portion à capsuler de la bouteille. Comme le produit d'extrusion est chaud, du fait qu'on le façonne au cours du stade d'extrusion, il peut ne pas présenter une résistance suffisante pour rester en place dans la portion du moule qui forme la portion à capsuler de la bouteille, pendant son étirage. De ce fait, la portion à capsuler de la bouteille finie peut etre irrégulière, ce qui rend difficile d'enfermer hermétiquement son contenu au moyen d'une capsule. Il est désirable d'assurer une forte production de bouteilles présentant une partie supérieure pouvant être obturée par capsulage. Selon l'invention, un procédé de fabrication de bc#fteiIles thermoplastiques consistant à extruder une pièce brute thermoplastique creuse d'un fut d'extrusion dans un moule de bouteille à travers un orifice d'extrusion annulaire, en extrudant la portion de tête de la pièce brute à sa température d'orientation moléculaire dans un creux de retenue du moule formant la portion à capsuler de la bouteille, puis, tout en poursuivant l'extrusion de la pièce brute, à étirer en même temps le produit d'extrusion par un mouvement relatif entre le moule et l'orifice d'extrusion, et à dilater le produit d'extrusion en envoyant un fluide contre les parois intérieures du produit d'extrusion en faisant prendre ainsi au produit d'extrusion, par dilatation, la forme du moule, est caractérisé en ce que l'on interrompt le stade d'extrusion en interrompant l'extrusion de la pièce brute juste après la formation de la portion à capsuler de la bouteille, pendant une durée suffisante pour permettre au produit d'extrusion se trouvant dans la portion à capsuler de prendre une forme stable , puis lton poursuit L'extrusion. Belon un mode d'exécution préféré de l'invention, un rétrécissement annulaire est formé entre l'intérieur du moule et le fût d'extrusion, au voisinage immédiat de la portion du moule qui ,orme la portion à capsuler de la bouteille, et l'on arrête le mouvement relatif entre 11 orifice d'extrusion et le moule juste avant que l'orifice d'extrusion ne soit adjacent au rétrécissement annulaire, en formant une obstruction qui'empêche pratiquement l'écoulement de matière thermoplastique dans la portion du moule qui forme la portion à capsuler de la bouteille.Du fait que la pièce brute est extrudée à froid, c'est-à-dire qu'elle est au-dessous de sa température d'extrusion, il faut des pressions d'extrusion relativement élevées pour effectuer l'extrusion et former correctement la portion à capsuler de la bouteille. Cet étranglement de polymère permet alors d'utiliser ces pressions d'extrusion accrues en garantissant une forme épousant très bien celle du moule, sans le problème de l'expulsion du polymère de la portion du moule qui forme la portion à capsuler de la bouteille. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. La figure 1 est une coupe transversale d'un appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, le moule mobile étant dans une position correspondant au début du processus de fabrication d'une bouteille la figure 2 représente l'appareil de la figure t, le moule mobile étant arrêté après la formation de la portion à capsuler de la bouteille, ce qui permet au polymère se trouvant dans la portion à capsuler de prendre une forme stabilisée la figure 3 représente l'appareil de la figure 1, le moule mobile étant dans la position pour laquelle la bouteille est complètement achevée la figure 4 est une coupe transversale à échelle agrandie d'un moule et d'un orifice d'extrusion arrêtés dans leurs positions respectives, après la formation de la portion à capsuler d'une bouteille la figure 5 est une coupe transversale à échelle agrandie d'un moule et d'un orifice d'extrusion arrentés dans leurs positions respectives après formation de la portion à capsuler d'une bouteille, avec la caractéristique supplémentaire d'une zone annulaire rétrécie au voisinage immédiat de la portion dilatée formée par diminution de la dimension du moule pour former ladite zone rétrécie la figure 6 est une coupe transversale d'un moule et d'un orifice d'extrusion, à échelle agrandie, dans leurs positions respectives après formation de la portion à capsuler de la bouteille, avec la caractéristique supplémentaire d'une zone annulaire rétrécie au voisinage immédiat de la portion filetée formée par augmentation de la diminution du fût d'extrusion, tout en maintenant les dimensions du moule constantes la figure 7 est une coupe transversale à échelle agrandie d'un moule et d'un orifice d'extrusion arrêtés dans leurs positions respectives, après formation de la portion à capsuler de la bouteille, avec la caractéristique supplémentaire d'une zone annulaire rétrécie au voisinage immédiat de la portion filetée formée par une saillie annulaire du moule. La présente invention constitue une variante du procédé et de l'appareil décrits dans le brevet français n0 70 45 357 précité, incorpore dans la présente demande à titre de référence. L'appareil utilisé pour mettre en oeuvre l'invention va être décrit en regard des figures. En se référant aux figures 1 à 3, une pièce brute 1 en matière polymère thermoplastique, creuse, de forme cylindrique, dont une extrémité est ouverte et l'autre fermée est placée dans une chambre d'extrusion 2 formée-par l'alésage d'un fût d'extrusion 3 et la surface cylindrique extérieure d'une tige de support centrale 4. Une cavité 5 d'un moule 6 présente une configuration interne correspondant à la forme de l'article désiré et est placée à un premier emplacement entourant le fût d'extrusion 3, comme le montre en particulier la figure 1. La cavité de moule 5 représentée sur la figure 1 est une cavité utilisée pour fabriquer une bouteille à col étroit, pouvant être employée pour mettre en bouteilles des boissons carbonatées. Le moule peut être réalisé avec de nombreuses configurations différentes, et même la portion supérieure de la bouteille, c'est-à-dire la portion de la bouteille utilisée pour le capsulage, peut être réalisée de façon à recevoir différents types de capsules. Parmi les capsules classiques, il y a lieu de citer les capsules métalliques de bouteille ne nécessitant qu'un seul bourrelet entourant l'ouverture de la bouteille, pour fixer la capsule à la bouteille, ou bien des capsules inviolables nécessitant en général une section filetée au voisinage du sommet et une portion d'épaulement ou de bande contribuant à fixer la capsule à la bouteille. La bouteille et la capsule doivent être réalisées de façon que la capsule puisse enfermer hermétiquement le contenu dans la bouteille. Le ftt d'extrusion 3 est en alignement axial avec un mandrin 7 présentant un diamètre extérieur uniforme, sensiblement identique au diamètre intérieur du col de la bouteille en cours de fabrication. Un passage à fluide 8 est formé à l'intérieur du mandrin 7 s il comporte des orifices de sortie de fluide 9 et 10 à l'extrémité du mandrin 7 qui est au voisinage immédiat du fû.t d'extrusion 3. Entre l'extrémité du fut 3 et l'extrémité du mandrin 7 se trouve un orifice d'extrusion annulaire 11. Cet orifice peut être formé, de façon appropriée, par une extrémité arrondie 12 du fût d'extrusion 3 et une pièce annulaire évasée 13 fixée au corps du mandrin 7. L'orifice d'extrusion annulaire 11 est délimité par les portions terminales en regard 12 du fût d'extrusion 3et ltextrémi- té arrondie 15 du mandrin 7. suivant le profil de la section transversale, la section transversale étant dans Lun plan contenant l'axe d'extrusion central, les dex élément reçoivent une forme incurvée pour assurer une transition douce de la chambre d'extrusion annulaire 2 vers l'extérieur, et constituer une frontière pour l'orifice d'extrusion annulaire 11, de façon que l'ouverture d'extrusion soit convergente. L'orifice constitue l'emplacement i'applicat on d'un fort débit d'énergie au #olyme're, qui Ive sa température à la valeur de sa température d'orientation, ce qui assure de bonnes caractéristiques d'orientation. En général, le degré d'orientation du produit d'extrusion amené avec le rapport entre le diamètre moyen du produit d'extrusion à a sortie de l'orifice il et le diamètre moyen de la pièce brute.L'aire de l'orifice d'extrusion annulaire 11 est convergente, comme on l'a rerrésenté, pour assurer un écoulement stable et une chute de pression finie entre la chambre 2 et la partie extérieure de l'orifice il au cours de 1 ' extrusion. En cours de fonctionnement, on utilise l'appareil de la façon suivante. On place la pièce brute hermoplastique polymère 1 à la température ambiante dans la chambre d'extrusion 2 ou bien on la chauffe éventuellement, au préalable à une température inférieure à sa température de fusion, avant de la placer dans la chambre d'extrusion 2. On actionne le piston d'extrusion 15 qui exerce une poussée sur l'extrémité borgne de la pièce brute, en faisant passer l'extrémité ouverte de ladite pièce brute 1 à travers l'orifice d'extrusion annulaire 11 et dans la cavité de moule 5.La preire partie de la pièce brute : à quitter l'orifice d'extrusion annulaire 11 et à pénétrer dans le moule en 14 remplit toute la partie supérieure de l'intervalle annulaire compris entre l'extérieur du mandrin 7 et l'intérieur du moule o, en réalisant ainsi une obturation étanche pour contenir le fluide de Soufflage. C'est ce que montre la figure 1. Du fait qu'on utilise le haut de la bouteille pour recevoir une capsule, la bouteille comportera un bourrelet ou des filets sur la périphérie de sa portion supérieure, pour recevoir la capsule. On forme le bourrelet ou les filets en constituant des creux appropriés dans le moule. Lorsqu'on extrudé du polymère dans ces creux et qu'on l'étire ensuite, le polymère qui se trouve dans les creux contribue à l'ancrage et à la fixation du polymère pour l'empêcher de quitter la portion supérieure de la bouteille. On commence le stade d'extrusion séparément, la pression d'extrusion étant suffisamment élevée pour refouler le poîfrer e dans le moule et déplacer le moule sur une distance suffisante pour permettre la formation de la portion à capsuler de la bouteille. ensuite, le moule est entrainé de façon forcée à une vitesse suffisante pour étirer le polymère, et le soufflage commen- ce. iiu cours de l'extrusion initiale, le mouvement du moule peut être freiné par des cylindre hydrauliques ou des ressorts, pour permettre à la pression d'extrusion de se former et contribuer à refouler le produit d'extrusion dans les creux du moule, tels que ceux qui sont nécessaires pour former une partie supérieure à capsuler. Lorsque la formation de la portion à capsuler de la bouteille comprenant un bourrelet ou des filets est achevée dans la cavité de moule 5, 1 moule 6 et le piston 15 sont entraînés de façon orcée a des vitesses appropriées et relatives suffisantes pour tirer le polymère. On envoie un fluide tel que de l'air comprimé ou du liquide comprenant le liquide que l'on met en bouteilles dans la cavité 16, par le passage à fluide 8 et les orifices de sortie de fluide 9 et 10. Cette cavité est formée par la surface extérieure du mandrin 7, la jonction hermétique sur la rainure annulaire 14 et le produit d'extrusion 17. Le produit d'extrusion est extrudé à travers l'orifice d'extrusion 11, et il est dilaté par le fluide qui sort par les orifices de sortie de fluide 9 et 10. C'est ce que représente la figure 3. Lorsque la portion à capsuler de la bouteille a été formée, comme le montre la figure 2, on interrompt le stade d'extrusion en arrêtant le moule et en interrompant l'extrusion de la pièce brute, ce que l'on fait en interrompant le mouvement du piston 15, Cependant, le piston 15 est maintenu en position sous pression, et il ne peut se déplacer. Cela maintient le produit d'extrusion e place dans la cavité de moule. A ce moment du cycle opératoire, les moyens d'entraînement du moule n'ont pas été actionnés, et le stade de soufflage nta pas commencé, non plus. Cependant, le moule se déplace sous l'effet de la pression appliquée contre lui par le produit d'extrusion pendant que le produit d'extrusion est forcé dans le moule. La période d'interruption est suffisamment longue pour permettre à la matière thermoplastique extrudée dans la portion à capsuler de la bouteille de prendre une forme stable. La durée d'interruption spécifique dépend de nombreux facteurs, parmi lesquels le type de matière thermoplastique utilisé, la température de la matière thermoplastique extrudée, la dimension du récipient produit et la température du moule qui 11 entoure. Dans le cas où l'on extrude du téréphtalate de polyéthylène à sa température d'extrusion dans un moule qui est à la température ambiante, où ltouverture de la bouteille a un diamètre maximal d'ouverture d'environ 5,1 cm et une épaisseur maximale de paroi d'environ 5#l mm, l'interruption dure environ 0,5 à 5 secondes pour une partie supérieure de bouteille classique. Du fait que le moule n'est pas entraîné de façon forcée au moment où la portion à capsuler de la bouteille est formée, on effectue l'interruption en interrompant le mouvement du piston. Ce faisant, on arrête en même temps le mouvement du moule. Au démarrage après l'interruption, le moule et le piston sont tous deux entratnés de façon forcée. La séquence d'arrêt, d'attente et de démarrage du piston est en corrélation avec la séquence de démarrage du moule, et toutes ces opérations peuvent être effectuées automatiquement par des techniques bien connues dans ce domaine. En plus de l'interruption du stade d'extrusion, on préfère former une zone annulaire rétrécie entre l'intérieur du moule et le fAt d'extrusion, dans une position du moule située juste audessous de la portion à capsuler de la bouteille. Le rétrécissement doit être suffisamment petit pour jouer le rôle d'une obstruction, empêchant pratiquement le polymère extrudé d'exsuder de la portion du moule qui forme la portion à capsuler de la bouteille, en plrticulier pendant que le moule est arrêté et que la pièce brute le produit d'extrusion sont maintenus sous pression. On peut former la zone annulaire rétrécie de l'une parmi plusieurs façons. En se référant aux figures, les figures 4 à 7 représentent une coupe transversale à échelle agrandie d'un moule et d'un orifice d'extrusion arrêtés dans leurs positions respectives, après formation de la portion à encapsuler de la bouteille. En s'exprimant en termes relatifs, la dimension comprise entre la surface intérieure du moule et le fAt d'extrusion, indiquée par la référence "A" sur la figure 4, représente un jeu normalisé accepté. Sur la figure 5, le moule est plus petit dans la zone immédiatement voisine de la portion à capsuler de la bouteille, tandis que la dimension du fat d'extrusion demeure la même. Par conséquent, le jeu entre le moule et le fût d'extrusion, appelé "B", est relativement plus petit que le jeu "A", ce qui produit un étranglement empêchant le polymère extrudé d'exsuder dans la portion de col de la bouteille. Cela offre au moins deux avantages. D'abord, cela stabilise l'écoulement de polymère, ce qui veut dire que le polymère se trouvant dans la portion à capsuler refroidit et prend une stabilité 1e forme plus rapidement et de façon plus conforme au moule. Ensuite, en faisant de la partie du moule qui forme la portion à capsuler une cavité fermée hermétiquement, on peut utiliser une pression d'extrusion plus élevée, ce qui améliore la conformation du polymère dans le moule. On va donner ci-dessous un exemple du degré de jeu d'étranglement utilisé pour fabriquer une bouteille pour boissons carbonatées contenant environ 300 cm3. Le jeu initial, qui était un jeu normalisé acceptable entre le moule et le ftt d'extrusion était d'environ 0,9 mm. On a formé un étranglement de polymère efficace en réduisant ce jeu à un maximum de 0,13 mm. Sur la figure 6, on forme la zone rétrécie immédiatement voisine de la portion à capsuler de la bouteille en maintenant la dimension du moule constante, mais en augmentant la dimension du fût d'extrusion. La dimension de jeu est indiquée par la référence "C". Ce mode d'exécution présente l'avantage de former un fût d'extrusion exceptionnellement solide, ce qui améliore la durabilité de l'appareil, tout en permettant d'utiliser des pièces brutes comportant une paroi relativement plus épaisse. En conséquence, on préfère ce mode d'exécution. Sur la figure 7, la zone rétrécie est formée par une saillie de moule annulaire 18. Cette saillie se trouve à l'intérieur du moule. La dimension de jeu est indiquée par la référence "D Les creux qui restent ainsi dans la bouteille constituent un espace approprié pour loger une capsule de type inviolable. Bien que l'on ait représenté trois modes d'exécution illustrant des moyens pour obtenir une zone rétrécie jouant le rôle d'une obstruction du polymère, un spécialiste pourrait, en connaissant l'invention et les raisons de son utilisation, imaginer d'autres moyens pour effectuer un rétrécissement utile. Lorsque la portion de la bouteille a capsuler est formée et a une forme stable, l'extrusion se poursuit pendant que la pièce brute continue à être extrudée à travers l'orifice d'extrusion annulaire il par le piston d'extrusion 15, tandis que les stades d'étirage et de soufflage commencent, le moule 6 se déplaçant vers l'emplacement situé au-dessus du mandrin 7, représenté sur la figure 3. L'effet combiné de l'extrusion de la pièce brute 1 et de l'expansion du produit d'extrusion permet d'obtenir la forme désirée de l'article 17 réalisé sous la forme d'une bouteille, représenté sur la figure 3. Cette bouteille est dans un état à forte orientation biaxiale. l'article thermoplastique produit peut avoir une épaisseur de paroi uniforme ou non-uniforme, selon le mouvement relatif entre l'orifice d'extrusion, le piston et le moule. Lorsqu'on les maintient constants et qu'on les utilise avec un moule de forme variable, l'épaisseur de paroi n'est pas uniforme. il est cependant bien connu que l'on peut ajuster l'épaisseur de paroi en programmant l'appareil correctement, de façon à obtenir une épaisseur uniforme ou non-uniforme, comme on le désire. La matière thermoplastique polymère de la pièce brute 1 extrudée à travers L'orifice d'extrusion annulaire il prend une orientation biaxiale partielle, sous l'effet de l'opération d'extrusion. le reste de l'orientation biaxiale désirée de la forme extrudée 17 est effectué lorsque le produit d'extrusion est étiré et dilaté contre la surface de la cavité de moule 5 contenue dans le moule 6. Il se produit une diminution importante, par exemple jusqu a 50S ou davantage, de l'épaisseur de paroi du produit d'extrusion, pendant qu'il est étiré et dilaté. On peut utiliser différents types de matières thermoplastiques dans le cadre de l'invention. Parmi ces matières Ulermoplastiqves utilisables, il y a lieu de citer des copolymères acrylonitrilel styrène/acrylate, acrylonitrile/méthacrylate 2 des copolymères de méthacrylonitrile ; des polycarbonate 2 le poly-bis(para aminocyclohexyl)-dodécanc-alnidê, et d'autres polyamides ; le polyformaldéhyde ; des polyoléfines telles que du polyéthylène et du polypropylène de densité élevée 5 des polyesters et le cinlorure de polyvinyle. La matière thermoplastique préférée est le téréphtalate de polyéthylène et des mélanges de copolymères de celui-ci. L'une des raisons pour laquelle on préfère le téréphtalate de polyéthylène réside dans le fait que, lorsqu'il est doué d'orientation moléculaire, il présente une très forte solidité, une excellente résistance au fluage et un faible facteur de perméation, en particulier pour le gaz carbonique, l'oxygène et la vapeur d'eau, ce qui le rend très bien approprié pour être utilisé comme ré ci- pient pour liquides mis en bouteilles sous pression, tels que les boissons carbonatées, la bière ou les aérosols. I#i#7TENDICATIOI;IS 1. Procédé de fabrication d'une bouteille thermoplastique, au cours duquel on extrude une pièce brute thermoplastique creuse d'un fût d'extrusion dans un moule de bouteille à travers un orifice d'extrusion annulaire, en extrudant la portion de tête de la pièce brute à sa température d'orientation moléculaire dans un creux de retenue du moule formant la portion à capsuler de la bouteille, puis, tout en poursuivant l'extrusion de la pièce brute, on étire en même temps le produit d'extrusion par un mouvement relatif entre le moule et l'orifice d'extrusion, et l'on dilate le produit d'extrusion en envoyant un fluide contre les parois intérieures du produit d'extrusion, en faisant ainsi prendre au produit d'extrusion, par dilatation, la forme du moule, ledit procédé étant caractérisé en ce que lton interrompt le stade d'extrusion en interrompant l'extrusion de la pièce brute juste après la formation de la portion à capsuler de la bouteille pendant une durée suffisante pour permettre au produit d'extrusion se trouvant dans la portion à capsuler de prendre une forme stable, puis l'on poursuit l'extrusion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique est du téréphtalate de polyéthylène, la bouteille que l'on forme ayant un diamètre maximal d'ouverture d'environ 5,1 cm et une épaisseur maximale de paroi d'environ 5,1 ma, et en ce que la durée d'interruption est d'environ 0,5 à 5 secondes. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au cours de la formation de la portion à capsuler de la bouteille, on limite pratiquement l'écoulement de matière thermoplastique extrudée dans le moule à la portion du moule formant ladite portion à capsuler de la bouteille. 4. appareil pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un étranglement annulaire est formé entre l'intérieur du moule et le fût d'extrusion au voisinage immédiat de la portion du moule qui constitue la portion à capsuler de la bouteille, en formant ainsi un étranglement qui maintient le produit d'extrusion dans la portion du moule qui forme la portion à capsuler de la bouteille au cours de la formation de cette portion de la bouteille.