Brevet FR2271018A1 — publié le 19751212

La présente invention concerne le moulage des matériaux synthétiques plastiques en feuilles, ramollissables par la chaleur. Une grande variété de matériaux synthétiques plastiques en feuilles peuvent être moulés, le matériau étant choisi dans une très large mesure selon l'emploi auquel l'objet moulé doit donner lieu. ais, le plus communément, les matériaux utilisés sont le polystyrène et le chlorure de polyvinyle. Les polyoléfines1 par exemple le polyéthylène et le polypropylène, sont par ailleurs d'une texture douce et caoutchouteuse au toucher, comme l'est aussi le chlorure de polyvinyle plastifié et, tant pour cette raison qu'à cause de leur prix, ils tendent à ne pas être moulés à partir d'une forme en feuille. De plus, l'invention se rapporte particulièrement au moulage des plateaux creux et des couvercles du type utilisé pour les petits récipients de l'économie domestique, tels que ceux destinés aux aliments. Une telle application courante est le couvercle d'un récipient tel, par exemple, que ceux dans lesquels on vend le beurre ou la margarine. Ce genre de couvercle a été jusqu'ici fabriqué, par exemple, en polyéthylène d'une part et en polystyrène d'autre part. Les couvercles faits de polyéthylène ont été jusqu'ici moulés par injection, tandis que ceux en polystyrène ont été formés thermiquement. La première de ces techniques consiste à injecter le matériau plastique à l'état fluant dans une cavité de moulage de forme correspondant au couvercle (ou à un autre élément à réaliser), tandis que la seconde technique emploie le ramollissement d'une feuille de matériau plastique que l'on met en forme autour d'un moule par l'action de la chaleur, cette feuille étant ensuite formée tout autour du moule par pression de fluide, par exemple d'air, et/ou par pression de vide. Parfois, on utilise un bouchon pour aider la feuille à se former sur l'intérieur de la cavité du moule.La technique de thermoformation est la plus désirable, car son outillage est beaucoup moins coûteux que celui nécessaire au moulage à injection; mais le polyéthylène, ainsi que beaucoup d'autres matières plastiques, sont moins bien adaptés à la thermoformation, car ils n'épousent pas avec une précision suffisante la forme du moule, dont 11 élément moulé n'est pas, par suite, une reproduction suffisamment fidèle. Par ailleurs, le polystyrène et le chlorure de polyvinyle se moulent de façon entièrement satisfaisante par les techniques de thermoformation. Il exister pour les couvercles, de récipients domestiques pour aliments, un marché pour des couvercles de polyétylène, de polypropylène et d'autres matériaux plastiques en feuilles ne se prêtant pas très bien à la thermoformation, du fait qu'ils ont par contre des avantages de bonne maniabilité et de prix et sont, en général, moins perméables à l'humidité que cela ne devient important dans certaines applications. Ils ont donc les caractéristiques désirables, selon certains, de pouvoir être mis en forme de couvercle, être graduellement amincis à partir du creux qu'ils entourent et, au moins pour les polyoléfines, d'être des matériaux relativement bon marché, par comparaison avec le chlorure de polyvinyle rigide qui est une matière largement utilisée pour le moulage par injection. L'objet de l'invention est de fournir une méthode de moulage de matériaux synthétiques plastiques en feuilles, qui puisse être appliquée de la même façon plus ou moins effective à toute matière plastique en feuilles pouvant être amollie par la chaleur et ensuite moulée. Les pièces moulées peuvent être par exemple des couvercles ou des récipients peu profonds et de forme allongée. La méthode de l'invention ne nécessite pas l'emploi des techniques de moulage par injection. Selon la présente invention, il est prévu une méthode de moulage pour matériau plastique synthétique en feuilles,ramollissables par la chaleur, dans laquelle le matériau est ramolli par la chaleur et dans laquelle la pièce moulée est définie en partie par saisie de la feuille molle entre des parties de moule coopérant entre elles, le reste de la fabrication étant obtenu par thermoformation. En utilisant la combinaison de la formation mécanique et de la thermoformation, il est possible de mouler tous les matériaux synthétiques plastiques en feuilles thermoformables, de fanon satisfaisante, du fait que les parties de la pièce désirée les plus difficiles à mouler de façon satisfaisante par thermoformation peuvent l'être mécaniquement, tandis que les parties plus aisées à mouler peuvent l'être par thermoformation. L'invention est donc particulièrement bien adaptée au moulage des composants présentant dans leurs parois des angles parallèles ou négatifs.Les termes "positif, négatif et parallèle" sont ici appliqués aux régions des parois des récipients, plateaux, couvercles ou analogues qui ont une base et une paroi ou rebord se dressant sur cette base, et servent à décrire des régions de ceux-ci dirigées vers le haut à partir de la base et qui, relativement à un axe normal à la base, sont divergentes, convergentes ou parallèles. Lorsqu'un composant présente des régions ayant avec la paroi un angle négatif ou parallèle, sa formation mécanique complète devient très couteuse, par suite de la nature compliquée de l'outillage requis, et l'invention présente donc dans un tel cas, un avantage particulier. Selon une méthode préférée, le couvercle d'un bottier est réalisé en formant mécaniquement la base et les surfaces qui lui sont parallèles, et en traitant par thermoformation la surface latérale, y compris un anneau de dEbottage ayant une région d'angle de paroi négatif. L'invention prévoit aussi un composant moulé selon la méthode sus-énoncée, ainsi qu'un moule destiné s être employé dans cette mAtbede. Une ré;lisatio-n de la présente invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple et avec l'aide des dessins ci-annexés, dans lesqels - la figure l est une vue an élévation et en section droite d'un couvercle pour bottier demestique pour margarine (ou autre produit alimentaire); la figure 2 est une vue en élévation et en coape d'un bouchon de moulage utilisé dans la fabrication du couvercle de la Fig. 1; la figure 2A est une vue en coupe agrandie du détail du bon de la Fig. 2; et la figure 3 est une vue en coupe et en élévation d'une contre pièce de moule qui, ensemble avec les bouchons des Figes, 2 et 2A1 définit la cavité de moulage pour des couvercles tels que ceux montrés sur la Fig. 1. Le couvercle montré sur la Fig. 1 est destiné à un bottier contenant un produit alimentaire tel que la margarine, exemple du cas dans lequel le couvercle est fait de polyéthylène ou polypropylène et est de forme circulaire. La Pig. 1 est une vue en section droite de ce couvercle; on voit que celui-ci possède une base 10 et un rebord 12. Une formation en échelons 14 entre les pièces 10 et 12 a pour but de créer une anfractuosité pouvant recevoir le bord supérieur du bottier, ce qui est illustré sur la Fig. 1 par des lignes pointillées et par la référence 16. La formation 14 a un collier droit 18, tandis que le rebord 12 possède un anneau de débottage 20 dirigé vers l'intérieur. Lorsque les couvercles sont empilés les uns sur les autres, l'anneau 20 du dessus coopère avec le collier droit 18 du couvercle qui se trouve le plus près pour empêcher un mouvement latéral entre couvercles empilés. La Fig. 1 montre aussi en traits pointillés le rebord 12 d'un couvercle superposé disposé en relation d'embottage avec le couvercle illustré. Le moule de fabrication du couvercle de la Fig. 1 est en deux parties, respectivement illustrées par les Figs. 2, 2A et 3. On peut voir clairement sur ces figures que les d4ux parties 2 et 3 du moult Coopèrent, la partie sue sur la Fig. 3 étant placée au dessus de celle de la Fig. 2, afin de définir la cavité de moulage pour le couvercle de la Fig. 1. La partie du moule représentée sur la Fig. 2 est en fait un bouchon de moulage de forme circulaire, construit en un alliage d'aluminium. Ce bouchon est repéré 22 sur la Fig. 2. Sa forme définit complètement la surface intérieure du couvercle montré sur la Fig. 1, et les passages 24 dans le bouchon de moulage 22 conduisent, par un petit passage conducteur , à Pa surface qui définit la surface intérieure du cowerele 10.Il est a noter te les petits passages 26 conduisent à toutes les parties de la surface du bouchon de moulage, afin de prévenir l'emprisonnement d'air entre la feuille plastique et la surface du bouchon 22, contre laquelle elle est pressée pendant I 'opération de moulage. La ig. 2A montre, & une échelle agrandie, le contour du bouchon de moulage qui sert à la formatif en coin de 14 et du rebord 12. L'arête debout 23 destinée à à produire le collier droit la est représentée par une section en forme de V inversé, et l'on remarquera aussi le sillon découpé 21 destiné à produire l'anneau de déboîtage 20. La partie du moule montrée sur la Fig. 3 peut entre décrite comme une contre-pièce employée comme telle vis-a-vis du bouchon de moulage 22. La contre-pièce de la Fig. 3 est repérée par le chiffre 28, et sa surface inférieure a une forme telle qu'elle épouse la surface du bouchon de moulage 22 avec lequel elle coopère. A cet égard, elle comprend une portion centrale en forme de disque 30 pour produire la base 10 du couvercle de la Fig. 1, en même temps qu'un échelon 32 pour produire la forme 14. Un sillon 31 est prévu pour recevoir le collier 18. Cependant, la contre-pièce 28 n'a pas une forme correspondant à celle de la surface extérieure du rebord 12 du couvercle avec lequel elle doit être moulée, car ce rebord sera réalisé, en fait, par thermoformation.Dans ce but, la contre-pièce 28 est munie de passages d'alimentation 34 conduisant de sa surface supérieure à un espace qui sera extérieur à la matière plastique en feuilles pouvant éventuellement définir le rebord 12 pendant l'opération de moulage. Dans un exemple de l'invention, relatif à la fabrication d'un couvercle, en l'espèce celui de la Fig. 1, la pièce 28 sera en relation exactement superposée avec le bouchon 22, bien que ceuxci puissent être écartés pour permettre de placer entre eux une feuille de 40/1000 de pouce (1 nrmj d'épaisseur d'un polyéthylène ou polypropylène à faible densité préalablement chauffé pour le ramollir. A cet égard, la feuille peut être chauffée à approxima- tivement 1600C ou 1800C, températures respectivement proches de celles ou les matériaux en question cessent de pouvoir être formés. Avec la feuille à cet état facilement moulable, la contre-pièce 28 et le bouchon 22 sont ramenés au contact de façon que leur ensemble prenne mécaniquement la forme montrée sur la Fig. 1, à l'exception de la production du rebord 12, car la contre-pièce 28 ne définit pas structurellement la surface extérieure de ce rebord 12. Dans l'opération de mise au contact en question, il est possible de faire glisser la feuille ramollie pour la remettre en forme, selon l'espacement restant entre les pièces du moule. Par exemple, la pièce en V inversé du bouchon de moulage 22 pourrait être supprimée, et la formation 14 pourrait être obtenue en faisant glisser la matière plastique ramollie dans le sillon prévu dans la contrepièce 28, sous l'action de la pression de contact. Le rebord 12 est, en fait, mis en forme par thermoformation, en ce sens que de l'air sous pression est introduit par les passages 34 pour comprimer la matière plastique qui forme ce rebord contre la portion correspondante du bouchon 22, ce qui définit entièrement le couvercle de la Fig. 1. Le processus de moulage s'effectue très rapidement; normalement, le contact mécanique doit précéder la thermoformation, car le scellement par thermoformation est lui-même défini en fait par la surface de contour de la pièce 28 comprimée contre l'anneau périphérique 36 du bouchon 22. Il y a lieu de remarquer que, puisque le procédé implique le moulage mécanique d'une partie du couvercle, des tolérances de dimensionnement précises doivent être maintenues entre les parties du moule pour l'obtention d'un produit satisfaisant.Si on le désire, le procédé de glissement de la matière plastique peut être appliqué comme ci-dessous expliqué. Cependant, les mêmes valeurs et types de tolérances seraient tout aussi nécessaires dans les techniques a injection. Dans la formation d'un composant tel que le couvercle illustré sur la Fig. 1, ayant une portion de surface plate, c'est-à-dire une base définie à l'intérieur du périmètre du composant, il peut y avoir une légère difficulté avec certains plastiques synthétiques en feuilles, du fait que la planéité de la surface peut ne pas être particulièrement bonne; lorsqu'on comprime la feuille entre les faces plates des disques de moulage, il peut exister une tendance à la formation de crêtes et de vallées ou, autrement dit, les irrégularités d'épaisseur de la feuille peuvent se manifester dans le produit fini.Afin de surmonter cette difficulté, qui correspond a un aspect visuel défavorable et dans certains cas inacceptable, on peut prévoir une couche de matière flexible compressible sur la face plate de l'une ou de l'autre des sections des pièces 22, 28 de façon que la matière flexible compressible suive le contour de la feuille plastique synthétique pendant l'opération de moulage, afin d'éviter la formation d'irrégularités visibles sur la face moulée du composant. La matière flexible peut être, par exemple, du caoutchouc synthétique porté par un laminé en tissu tressé, le tissu de support étant plus près de la surface du moule que le caoutchouc, afin que celui-ci contacte le composant plastique synthétique pendant le moulage de celui-ci. La couche compressible peut, bien entendu, être faite d'une autre matière et peut être fixée au moule de toute manière convenable, par exemple par des adhésifs, et même, dans certains cas, une connexion physique entre cette couche et le moule peut ne pas être indispensable, la couche étant simplement intercalée entre la feuille plastique et le moule. Dans l'exemple décrit, la couche flexible poudrait être placée adjacente à la surface 30 de la pièce 28, et cette couche contacterait alors la surface supérieure de la portion circulaire centraie 10 du couvercle moulée dans l'opération de formation. L'outillage nécessaire en moules, tel que décrit pour la fabrication du couvercle de la Fig. 1, est, en comparaison avec celui requis pour le moulage par injection, extrêmement bon marché. Des résultats d'essais, très encourageants quant à l'obtention d'un produit satisfaisant, ont pu être obtenus avec tous les plastiques ramollissables par la chaleur, avec la technique de moulage sus-indiquée. Bien que l'on puisse considérer la technique de la présente invention comme non délimitée, il est permis de penser que, dans le domaine considéré des ingrediènts domestiques emballés par des récipients et couvercles en plastique, llépaisseur zainleale de la feuille utilisable sera de 10/1000 de pouce (0,25=) et sa valeur maximale six fois plus forte La méthode de réchauffage de la matière plastique synthétique en feuilles avant son moulage peut être toute méthode conveble. De bons résultats ont été obtenus par le chauffage en infra-rouge, avant l'opération de La pression de l'air fourni pour former le rebord 12 étant1 dans l'exemple cité, de 80 lbs par pouce carré (environ 5,6 kg/ cm2), bien que cela dépende de l'épaisseur de la feuille de plastique employée et de la forme dans laquelle elle doit être moulée par la pression pendant une partie de l'opération. Le composant moulé peut être laissé se refroidir de lui-rOme ou refroidi de force, par exemple en faisant circuler un fluide réfrigérant dans des passages prévus entre les deux parties du moule, avant que celles-ci ne soientséparées, il est habituellement nécessaire de réduire la teppérat;ire d'au moins 10 a 15*C avant d'ouvrir le moule. il est permis de penser qu'au moins un autre avantage sera encore obtenu par l'invention, au moins dans l'exemple déjà décrit, en ce qui concerne la stabilité du produit fini obtenu selon cette technique. En particulier, du fait que le composant est fermement maintenu entre des parties de moule bloquées l'une contre l'autre pendant son refroidissement, la stabilité dimensionnelle de l'article résultant est meilleure que celle que l'on attend normalement des matériaux plastiques synthétiques. Par exemple, l'amélioration en stabilité dimensionnelle obtenue dans le cas du cou vercle de la Fig. 1 résulte en un caractère plus plat de la base et du couvercle, c' est-à-dire dans un moindre gauchissement. De plus, en particulier dans le moulage des polyoléfines, une grande quantité de chaleur est requise pour amollir la matibre, chaleur qui doit ensuite être évacuée au moment du refroidissement après moulage. Pour cette raison, le cycle de fonctionnement du moulage d'un composant en polyoléfine depuis le commencement du chauffage jusqu'auretour à la pression atmosphérique tend à être plutôt long La présente invention peut réduire la durée de ce cycle, du fait qu'elle emploie une étape de formation mécanique et une- température légerement plus basse de chauffage de la polyoléfine, et de plus que celle-ci est refroidie tout en étant maintenue et peut être refroidie artificiellement par un milieu rZrigérant circulant à travers les parties du moule, le cycle en question étant donc considérablement réduit. D'une manière générale on considère que la principale apli- cation de I1 invention sera la production de couvercles du type de la Fig.. 1 et/ou de plateaux creux allongés; mais, du fait que La même technique peut être utilisée avec une grande variété de matières plastiques synthétiques, on peut considérer que l'inven- tion ura des applications beaucoup plus larges. REvE NDi CATI ON S - 1 ) - Procédé de moulage de couvercles en matériau plastique synthétique caractérisé en ce que ce matériau est serré entre deux parties de moule de façon à délimiter dans ce matériau un collier surélevé, et en ce qutun rebord du couvercle est obtenu en appliquant sous pression le matériau en feuille sur l'une des parties du moule de façon à former une rainure de maintien dans ce rebord permettant d'appliquer ce couvercle sur un récipient approprié, le collier surélevé étant placé par rapport au rebord de façon à server à mettre en place un couvercle semblable sur ledit collier. 20) - Moule permettant de mouler des couvercles en matériau synthétique plastique à partir d'un matériau plastique en feuille comprenant des parties de moule mâle et femelle comportant des surfaces de serrage convenablement adaptées de façon à serrer le matériau en feuille en formant sur lui un collier surélevé, ce moule étant caractérisé en ce que le matériau en feuille peut être formé par pression contre une des parties du moule en créant un rebord du couvercle ayant une rainure de maintien, ce moule étant construit de telle sorte que, quand les couvercles produits par les moules sont empilés, les colliers surélevés viennent en contact avec les rebords des couvercles contigus.