Brevet FR2182645A1 — publié le 19731214

Il est bien connu que les fonds des récipients en matière thermoplastique, destinés à contenir des fluides sous pression, doivent être vigoureusement renforcés pour éviter qu'ils ne se bombent - et compromettent ainsi leur stabilité lorsqu'ils sont posés sur des surfaces planes - sous l'effet de la pression intérieure. Afin d'éviter cet inconvénient, on a cherché à transposer, dans le domaine des récipients en matière thermoplastique, les formes de culots traditionnelles des bouteilles de verre destinées à contenir des boissons gazeuses (champagne, bière, limonade, etc ...). Toutefois, l'obtention, sur des récipients en matière thermoplastique, de faux fonds convenables, de meme allure que ces faux fonds tronconiques traditionnels, se heurte à de nombreuses difficultés. Pour une meilleure compréhension de ces difficultés, on se réfèrera à la figure 1 du dessin annexé sur laquelle on a représenté, en coupe, un moule permettant une fabrication classique par soufflage d'une bouteille en matière ther moplastique. En effet, les récipients en résine thermoplastique sont, à l'heure actuelle, essentiellement fabriqués par soufflage (ou par aspiration sous vide qui est une technique corollaire). Sur cette figure I, on voit, en coupe, un moule de soufflage 1 qui comporte une cavité 2 de forme correspondant à celle de la bouteille désirée. Dans le fond de cette cavité est prévue une pièce 3 comportant, dans l'axe de l'empreinte du moule, une saillie tronconique 4 définissant le profil du faux fond prévu pour le récipient. A l'embouchure supérieure du moule, correspondant au col du récipient, peut être introduit un noyau en forme de mandrin cylindrique 5 supportant une préforme ou paraison 6 (représenté en trait interrompu), ladite préforme ayant été préalablement portée à une température correspondant à un état pateux. En introduisant un fluide de soufflage F entre le mandrin 5 et la paraison 6 par une fente 5a, la paraison se gonfle et se couche sur les parois froides du moule de soufflage 1 et se transforme en récipient qui, en coupe, est illustré par des hachures alternativement grasses et maigres. Il est clair à tout homme de l'art que la pastille 6a de la paraison sera, sous l'effet du soufflage, purement et simplement transportée au sommet du relief tronconique 4 comme indiqué par les flèches "fi". Dans ces conditions, la matière première de cette pastille 6a n'est soumise à aucun étirement ; or, pn sait que les matériaux non étirés conservent leur faiblesse d'origine et ne voient pas leurs caractéristiques de résistance consi dérablement multipliées par les orientations moléculaires bien connues que procure l'étirage. Après soufflage, le sommet 7a du dôme tronconique formant le faux fond de la bouteille demeure donc d'autant moins résistant qu'il est moins étiré, c'est-à-dire d'autant moins que la saillie tronconique 4 est plus profonde et voisine du sommet du noyau 5. Certes, pour compenser l'absence d'étirage, on pourrait songer à épaissir la pastille 6a, mais on s'exposerait alors à un inutile gaspillage de matière. On pourrait aussi augmenter l'écartement entre le noyau et le relief 4 pour augmenter l'étirage de la pastille, mais une réduction de hauteur du relief 4 irait à l'encontre du bvt fondamental recherché (faux fond profond pour assurer une bonne rigidité) tandis qu'un raccourcissement du noyau 5 accentuerait la fei- blesse, ci-après évoquée, des zones 7c. Les portions 7b et 7c du fond du récipient sont, précisément, convenablement étirées et donc apparemment résistantes. Cependant, il est clair que la portion annulaire 7c est d'une extrême minceur, bien inférieure à celle de la portion 7b ou à celle des parois 7d du récipient puisqu'elle est étirée, for loin du noyau 5, par sollicitation et amincissement progressifs des nappes 7b et 7d jusqu'au fond de l'angle aigu inférieur du profil. En fait même, bien souvent, la portion 7c devient si ténue qu'elle en est transparente dans le cas où le récipient est réalisé en matériau opaque. Dans ces condifions, lorsque le récipient 7 est ultérieurement soumis à une forte pression intérieure, la partie tronconique 7a et 7b est souvent purement et simplement retroussée sur elle-même et chassée vers l'extérieur, ce qui rend le récipient évidemment inutilisable même lorsque la membrane 7c ne s'est pas crevée sous l'effet de ce retroussement. On connait, certes, par ailleurs une technique qui permet de réaliser des faux fonds plats, par poinçonnage, pour certains récipients tels que les pots de yaourt (brevet français n0 1.350.886 au nom de Monsieur Tadeusz Piotrowski) dans laquelle - on réalise, dans une première étape, un fond, sensiblement plat au niveau du culot du récipient, - le fond est maintenu à une température correspondant à l'état ramolli de la matière thermoplastique, - on déforme le fond vers l'intérieur au moyen d'un poinçon constitué par le fond du moule, - on laisse refroidir. Cependant, bien évidemment, le fond du moule étant par définition plat, le faux fond final (réalisé par enfoncement d'une portion de ce fond plat dans la pellicule pâteuse) est lui-même également plat. Cette technique permet d'obtenir des faux fonds absolument réguliers et très étirés sur leurs bords (donc très résistants), mais la transposition de cette technique pour la fabrication de faux fonds tronconiques exigerait l'utilisation d'un poinçon de forme tronconique qui devrait être escamoté derrière un diaphragme qui servirait, à titre intermédiaire, de fond plat pour la réalisation du récipient dans sa première#étape de soufflage. Un tel appareillage est évidemment très complexe et n'est pas envisageable sur le plan économique. La réalisation de fonds tronconiques réguliers et résistants se heurte, donc, à une impossibilité de principe qui ne semble avoir été écartée que dans le cadre d'une technique bien particulière et différente de celle illustrée à la figure 1. Selon cette technique, une certaine dose de matière thermoplastique pâteuse contenue dans une buse est délivrée en une nappe en forme de bulle dont les parois sont couchées sur le moule en partant du col et en finissant au milieu du fond. Dans ce cas, le résidu de matière qui représente la "queue de la dose" constitue une masse tiède accumulée dans l'axe et dans le fond du récipient, cette masse étant supportée par la buse tubulaire reculée et escamotée à l'intérieur du fond du moule. Il suffit alors, dans cette technique qui s'y prête parfaitement, de réenfoncer très légèrement la buse à l'intérieur du moule pour créer un faux fond sensiblement tronconique, mais qui conserve, dans sa partie centrale, une masse très importante de résine synthétique. Cette technique n'est évidemment pas, non plus, transposable dans le cas de flacons en résine soufflée à partir d'une préforme comme dans le cas de la figure I puisque ce dernier mode de fabrication implique une expansion "en bloc" de la préforme, une distribution homogène de la température dans la pellicule gonflée et un fond nécessairement conformé selon le profil adopté pour le fond du moule. Les demandeurs ont trouvé que l'on pouvait, néanmoins, réaliser des dames tronconiques dans le fond des récipients sans donner au fond du moule le profil tourmenté de la figure 1. A cet effet, on utilise un procédé s'inspirant de la technique d'aspiration sous vide d'une pellicule pateuse tendue sur un col de moule. On sait, en effet, que lorsqu'on aspire une telle pellicule, el-le est étirée à partir de ce col et prend la forme d'un dôme tronconique dont les flancs sont vigoureusement étirés sous l'action de la dépression. Par suite, il suffit - de réaliser un flacon à fond plat, - de porter le fond plat à une température pour laquelle la matière synthétique prend une consistance pateuse, - de maintenir en revanche les bords de ce fond, ctest-à-dire les bords inférieurs du récipient, à une température pour laquelle la matière synthétique est solide, - d'enfoncer la partie centrale du fond vers l'intérieur du récipient en étirant ainsi sous forme d'une nappe conique la couronne annulaire située en cette partie centrale et les bords inférieurs de ses parois latérales. Cette technique simple permet d'obtenir une nappe tronconique étirée de très grande résistance distribuée autour d'une partie centrale elle-même étirée, d'épaisseur réduite, tout en ménageant à la base de la nappe tronconique, c'està-dire à la base du récipient, une zone d'épaisseur appréciable. Certes, cette technique implique une fabrication en deux phases puisqu'il faut tout d'abord fabriquer un récipient à fond plat puis, dans une seconde opération, en défoncer le fond ; de sorte que cette technique, bien que satisfaisante, est relativement peu économique. On peut cependant l'améliorer dès lors que le défonçage du fond intervient dans le moule même de soufflage après refroidissement des parois du récipient et en maintenant pateux le fond de ce dernier. il suffit alors de prévoir un simple piston à tête par exemple plate capable d'enfoncer, vers l'intérieur du récipient, la partie centrale du fond, la partie annulaire qui l'entoure étant soulevée et étirée à la façon d'une membrane tendue sur un cerceau et dont on enfoncerait la partie centrale. On va, maintenant, décrire trois modes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés qui représentent: - figure 2, une vue en coupe d'un dispositif permettant de défoncer le fond d'un récipient préfabriqué avec un fond plat, - figures 3 et 4, respectivement avant emboutissage et après emboutissage, en coupe longitudinale, un dispositif permettant, dans un même moule, de souffler un flacon et d'en poinçonner le fond au cours de l'opération de soufflage, - figure 5, en coupe longitudinale, un dispositif semblable permettant de défoncer le fond d'un récipient soufflé dès la fin de l'opération de soufflage. En se reportant à la figure 2, on voit un flacon 8 soufflé et comportant un fond plat 9. Ledit flacon, dont les parois sont régulières puisqu'il est possible de prévoir un noyau et des épaisseurs de la préforme bien adaptés à la forme désirée, est placé dans un moule 10 qui enveloppe le col et les parois du flacon tout en dégageant le fond. Ce flacon 8 a été réalisé selon une technique classique et le moule 10 est maintenu à une température pour laquelle la matière thermoplastique est solide, soit en le réalisant en matière isolante, soit en prévoyant une irrigation intérieure froide 10a. Par une opération simple à la portée de l'homme de l'art, il est facile de réchauffer le fond 9 par un dispositif électrique à rayonnement C à une température pour laquelle la matière synthétique constituant le flacon 8 est pateuse. Dès lors, il suffit d'exercer ensuite, au centre du fond 9, une pression au moyen d'un poussoir Il sur une course représentée sur la figure, de telle sorte que le voile 9 soit enfoncé à l'intérieur du flacon comme cela est représenté en trait interrompu, c'est-à-dire comme une membrane circulaire enfoncée dans sa partie centrale, tandis que ses bords sont retenus par la partie inférieure rigide des parois du flacon. Sur cette figure, on voit que la pastille centrale 9'a du fond est poussée par la face frontale du piston Il tandis que la couronne annulaire qui l'entoure est soulevée tout en étant vigoureusement étirée. On réalise de cette façon un flacon comportant un fond tronconique fortement étiré sur ses flancs, comportant un pastille 9'a de faible épaisseur et dont les parties périphériques 9'b et 9'c sont d'une épaisseur bien supérieure à la partie 7c de la figure 1, même à la partie inférieure du flacon à partir de laquelle est opéré l'étirage de la membrane pâteuse annulaire. En se reportant maintenant aux figures 3 et 4, on voit sur la figure 3 un moule de soufflage 12 à l'intérieur duquel a été soufflé un flacon 13 à partir du mandrin 14 muni d'une fente de soufflage 15. Comme dans la figure précédente, les parois et le fond du flacon 13 sont d'une épaisseur relativement régulière puisque l'étirage de la pellicule ther moplastique s'effectue à peu près dans les mêmes proportions sur toute la surface du flacon. Le moule est muni, à sa partie inférieure, d'une circulation de fluide froid T6 destinée à bien refroidir la partie incurvée 13d du flacon. En revanche, le fond du moule est constitué par une bague 17 à l'intérieur de laquelle est prévue une irrigation 17a par fluide chaud de façon à maintenir pâteuse la couronne annulaire 13b située en regard de la bague. On comprend, dans ces conditions, que, si l'on prévoit entre le moule 12 et la bague 17 un "pont isolant thermique" constitué par un jeu ou par un isolant, les parois latérales du flacon T3 sont froides de même que la partie inférieure incurvée T3d, tandis que toute la couronne annulaire T3b est pâteuse. Il suffit alors de pousser le poussoir 18 dans la position représentée à la figure 4 de telle sorte que, comme précédemment, la pastille 13a est transportée par la face frontale du piston en 13,a (figure 4), tandis que la couronne 13b est soulevée et violemment étirée sous la forme d'une nappe tronconique. Il convient de noter que, dans la position de la figure 3, le fluide de soufflage F se trouve à l'intérieur du flacon 13 sous une pression appréciable et que, pour permettre l'extension tronconique du voile i3'b, une contre pression de valeur identique (sous réserve de ce qui sera indiqué ci-après) est exercée sur la face inférieure du fond grâce à une canalisation 19 prévue à l'intérieur du piston 18. Il convient aussi de noter que l'air sous pression admis dans la canalisation T9 peut s'échapper entre le piston T8 et la bague' 17 réalisant ainsi, le long des flèches "f2", un refroidissement de la pellicule dès que celle-ci a pris sa forme tronconique. Selon un autre processus (figure 5) réalisé avec le même matériel, on coupe l'admission du fluide de soufflage par la fente 15, on retire le noyau 14 et l'intérieur du flacon est ainsi soumis à la pression atmosphérique. Dès lors, en maintenant comme précédemment les irrigations froides 16 et chaudes dans la bague 17, il est possible, l'opération de soufflage étant terminée, d'exercer sur le fond un emboutissage grâce au piston T8 en prévoyant, le cas échéant, une circulation d'air de refroidissement par le canal 19. Dans ce dernier mode de réalisation, l'opération est assez similaire à celle illustrée à la figure 2, mais elle présente l'avantage d'être effectuée sur place dans le moule de soufflage sans qu'il y ait lieu de procéder à un rechauffage du fond du récipient. On remarquera que, comme précédemment, les voiles tronconiques 13'b sont violemment étirés le long des génératrices du tronc de cône. On obtient donc un fond très résistant et comportant peu de matière, tandis que les zones 13d conservent une épaisseur identique à celle du flacon d'origine . On notera que même au voisinage de sa base, voisine de la région 13d, le tronc de cône 13'b conserve une épaisseur appréciable puisque la matière se déforme moins dans cette région qu'elle ne se déforme au voisinage de la pastille centrale 13'a, peu déformée par rapport à sa structure d'origine. On obtient donc des fonds très rigides capables de supporter des pressions intérieures très importantes et, tout en utilisant une technique voisine de celle du brevet français n0 1.350.886 au nom de Monsieur Tadeusz Piotrowski, on évite d'utiliser des poinçons à profil tourmenté qui impliqueraient pour le moule l'aménagement de diaphragmes fort onéreux et peu pratiques. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais en embrasse au contraire toutes les variantes. Par exemple, on a illustré un piston 18 dont la face frontale est plane; on pourrait cependant donner à ce piston une forme bombée ou creuse selon la forme finale désirée pour la pastille 13a, l'essentiel étant que, lorsque le piston est escamoté dans le fond du moule, ce fond dans son ensemble se prête à un soufflage régulier de la préforme. Dans le cas illustré à la figure 2, le piston pourrait même avoir une forme assez proche du relief 4 de la figure 1 puisque le poinçonnage est effectué au cours d'une phase indépendante; l'extension de la zone tronconique proprement dite -s'effectuerait alors directement sur les flancs du poinçon au lieu d'intervenir sans le moindre appui comme c'est le cas dans la figure 2 De même, l'obtention d'une température adéquate dans la pellicule 13b située en regard de la bague 17 pourrait, comme dans le brevet français n0 1.350.886, être réalisée par une pièce isolante non irriguée capable de prévenir le refroidissement de cette couronne après soufflage ou par une bague chauffée par des moyens électriques. On notera que, dans le cas des figures 3 et 4, la contre pression créée par la canalisation 19 sur la face inférieure du flacon est affectée d'une légère chute due à l'échappement qui peut intervenir soit entre le piston 18 et la bague T7, soit entre cette bague et le moule. Il convient donc de veiller à ce que les jeux y soient suffisamment faibles pour éviter une chute trop importante de la contrepression qui aurait alors pour effet d'appliquer étroitement la couronne pâteuse T3 sur les flancs du piston 18 comme cela est représenté en trait interrompu 13' sur la figure 4. L'expérience montre cependant que l'on peut tolérer une légère chute, et donc des jeux faibles entre les pièces car l'excès de pression, à l'intérieur du flacon, exerce sur la pellicule tronconique 13'b une contrainte de compression centripète à laquelle celle-ci résiste bien mieux que s'il s'agissait de la contrainte d'extension centrifuge qui résulterait d'un excès par rapport à la pression intérieure de la contre pression appliquée sous le fond ; dans ce dernier cas, au contraire, la nappe tronconique pâteuse aurait tendance à se gonfler et à se gondoler ce qui serait préjudiciable à un bel aspect et à une bonne tenue du flacon fini. On veillera donc à ce que la contre pression ne dépasse pas - ou dépasse peu dans la seule mesure d'ailleurs de la chute de pression due aux jeux entre les pièces - la pression de soufflage régnant à l'intérieur du flacon. On remarquera, de plus, que le procédé selon l'invention permet d'obtenir des récipients dont les parois bénéficient, dans leur intégralité, des avantages inhérents à l'étirage. En effet, bien que transportée sans étirage de 13a en I3,a, la pastille située en regard du piston-a déjà été radialement étirée lors de l'opération de soufflage qui s'est opérée à partir de la préforme. La couronne 13'b de son côté subit un double étirage, à savoir - d'abord un étirage lors de l'opération de soufflage, au même titre que la pastille 13a et que les parois 13d, - ensuite un étirage lors du poinçonnage. C'est là une caractéristique très importante qui permet de bénéficier doublement de l'étirage dans la portion la plus travaillante du flacon lorsque celui-ci est ultérieurement rempli d'un liquide sous pression. De la sorte, les articles fabriqués conformément aux procédés décrits aux figures 2 à 5 peuvent être identifiés par la distribution des contraintes d'étirage. Ils peuvent en outre, pour ceux des figures 3 à 5, être identifiés grâce aux traces qu'ils portent nécessairement dans leurs parties qui ont été appliquées, par soufflage, sur les joints entre - d'une part, le poinçon 18 et la bague 17 - d'autre part, la bague 17 et le moule 12. En effet, les parois soufflées portent à ces endroits des traces de joints qui ne sont pas affectées par l'étirage sous l'effet du poinçonnage puisque c'est seulement à partir de ces traces, visibles après coup, que la couronne 13b est progressivement étirée et donc amincie. Enfin, on notera que le procédé de régulation thermique de la couronne 13b, impliquant en corollaire un maintien des bords inférieurs des parois à une température pour laquelle la matière thermoplastique est rigide, exclut et se distingue par rapport au procédé aléatoire qui consisterait, sans régulations thermiques de ce genre, à réaliser une pastille épaisse T3a, non étirée par soufflage, à attendre que cette pastille devienne semi-rigide et à la pousser ensuite vers l'intérieur du flacon sans contrôle des conditions dans lesquelles le fond, dans son ensemble, serait retroussé en remontant d'une façon aléatoire le long des parois 13d. L'invention ayant, maintenant, été exposée et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, les demandeurs s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendi v cations ci-après. REVENDICATIONS 1. - Procédé de fabrication des faux fonds, dirigés vers l'intérieur, de renforce ment de récipients en matière thermoplastique dans lequel - on réalise, dans une première étape, un fond, sensiblement plat au niveau du culot du récipient, - le fond est maintenu à une température correspondant à un état ramolli de la matière thermoplastique, - on déforme le fond vers l'intérieur au moyen d'un poinçon, - on laisse refroidir, ledit procédé étant caractérise en ce que - les parois du récipient, au niveau du culot, c'est-à-dire sur la périphérie du fond, sont maintenues à la température de solidification de la matière thermoplastique pendant que le fond est maintenu à sa tempéra ture de ramollissement, - l'action du poinçon est exercée dans la partie centrale du fond, tandis que la partie annulaire qui l'entoure est étirée sous forme conique au cours de l'enfoncement du poinçon. 2. - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une circulation d'air de refroidissement est prévue, au cours de l'enfoncement du poinçon, de façon à lécher la face extérieure du fond. 3. - Procédé selon l'une des revendications T et 2 caractérisé en ce que le poinçonnage est effectué après action et coupure de la pression du fluide de soufflage. 4. - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le poinçonnage est effectué après soufflage mais avant avant coupure de la pression du fluide de soufflage, une contre pression, sensiblement mais au plus égale à la pression de soufflage, étant alors exercée sur la face extérieu re du fond. 5. - Récipient en matière thermoplastique et comportant un fond renforcé par une cavité conique, ledit récipient étant caractérisé par le fait que les généra trices de la portion conique sont sensiblement rectilignes et présentent une structure moléculaire doublement orientée, le long de ces génératrices, par rapport à celles des parois et de la partie centrale du fond. 6. - Récipient selon la revendicatio+i 5 caractérisé en ce que le sommet du dôme conique présente une épaisseur très notablement inférieure à celle de la préforme utilisée pour la réalisation du récipient soufflé et présente une orientation moléculaire radiale caractérisée. 7. - Récipient selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que la fraction sensiblement semi-torique qui constitue le fond du récipient autour du dôme conique présente une épaisseur progressive comprise entre celle des parois du récipient et celle de la partie tronconique du dôme de ren forcement. 8. - Récipient selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que les flancs tronconiques du fond présentent extérieurement des traces de joints aux angles de raccordement d'une part avec la pastille située au sommet du faux fond et d'autre part avec les bords inférieurs des parois du réci pient.