Brevet FR2285230A1 — publié le 19760416

La présente invention concerne le moulage d'objets à plusieurs couches à partir de maties thermoplastiques. Actuellement, l'utilisation des matiè-.-es thermoplastiques pour la formation de récipients alimentaires, notamment de boissons, est très limitée. Une raison principale de cette limitation est que les matières thermoplastlques capables de donner une séparation convenable entre la matière alimentaire et l'atmosphère sont relativement conteuses si bien que leur utilisation économique, au cours des procédés connus dé formation de récipients, ntest pas possible, avec l'épaisseur donnant la résistance mécanique nécessaire auxrécipients. Un exemple de produits alimentaires du type considéré est celui des boissons gazeuses Comme la plupart des matière plastiques empêchent difficilement la diffusion du gaz carbonique, seuls des polymères de composition particulière peuvent être utilisés et ceux-ci sont trop motteux pour etre utilisés autrement que dans des applications très particulières. Cependant, une paroi à deux couches comprenant une mince couche interne de matière de protection, renforcée par une couche relativement épaisse de matière peu coûteuse, par exemple de polystyrène ou de polypropylène, donne satisfaction.Te prix des matières brutes rend compétitifsavec le verre des récipients ainsi réalise qui sont bien moins coûteux que les bouteilles formées entièrement en matière de protection. Un autre exemple d'utilisation de plusieurs couches est la combinaison d'une matière ayant de bonnes propriétés de protection contre la diffusion de la vapeur d'eau avec une matière ayant une faible perméabilité à l'oxygène. Lorsque la dif-- férence de prix est faible entre les deux matières, les couches peuvent avoir une meme épaisseur, ou un rapport fixe pour des raisons de commodité de réalisation Parfois, il est avarftageux qu'une mince couche protectrice soit formée à l'extérieur et non pas à l'intérieur d'un récipient å deux couches, pourvu que le contenu soit compatible avec la couche interne (couche épaisse dans ce cas).Une autre application est la réalisation d'un film interne et d'un filn externe qui entourent une couche médiane en matière plastique recyclée et peu coûteuse de manière que cette couche médiane soit enfouie, l'avantage de son faible prix étant cependant utilisé. -tes exemples indiqués sont seulement certains des nombreux cas dans lesquels deux ou plusieurs matières ont ensemble une fonction que ne peut pas remplir lme seule matière. En conséquence, il est souhaitable qu'un procédé permette la réalisation- de bouteilles et de récipients en matière plastique ayant une paroi composite comprenant deux ou plusieurs couches de matières différentes. La liaison physique ou chimique entre les couches est en général superflue et peut autre considérée comme indésirable. L'invention concerne un tel procédé destiné à la formation de récipients multicouches, permettant la formation d'une protection convenable Elle concerne aussi un procédé de moulage par injection-soufflage d'objets multicouches. Un tel procédé comprend une étape empêchant l'érosion d'une couche inférieure lorsque la couche suivante est injectée sur la couche inférieure. Un tel procédé comprend une étape de refroidissement entre les injections des couches de manière que la liaison chimique entre les couches soit évitée. Plus précisément, l'invention concerne un procédé conti-nu de moulage par injection-soufflage, destiné à la for- mat-ion de récipients multicouches robustes. te procédé comprend quatre étapes au moins, au cours d'une opération continue mise en oeuvre par un seul appareil. Dans la première étape, une première matière thermoplastique est moulée par injection sur un mandrin et la paraison formée est transférée à la seconde phase dans laquelle une seconde matière thermoplastique est moulée par injection sur la première. Lorsque l'objet composite doit avoir plus de deux couches, la paraison à deux couches passe dans un troisième moule d'injection, et une troisième matière thermoplastique est moulée par injection sur la paraison à deux couches.L'étape de moulage par injection est alors répétée un nombre de fois aussi grand que nécessaire à l'obtention d'une paraison ayant le nombre voulu de couches. Le moule d'injection finaleest alors ouvert et la paraison résultante à plusieurs couches est transmise à une étape de soufflage réalisée sur le mandrin, si bien qus le prémoulage multicouche est dilaté par du fluide sous pression. Dans la dernière étape qui peut etre réalisée au meme poste que le soufflage7 l'objet final multicouche est refroidi puis retiré du mandrin par du fluide sous pression. Entre les étapes ci'injection d'une couche sur une autre couche, il est souhaitable qu'une étape de traitement permette le refroidissement d'une partie au moins de la paraison formant la couche inférieure de manière que celle-ci ait une rigidité suffisante. De cette manière, lors de l'injection de la couche suivante sur une partie refroidie de la précédente, le courant de matière plastique chaude sous pression n'érode pas la couche inférieure comme dans le cas oì la couche inférieure est encore relativement chaude et n'est pas suffisamment rigide. De plus, le refroidissement de la couche inférieure peut empcher la liaison chimique entre les couches, cette liaison étant souvent indésirable. Lorsque la quantité-de chaleur disponible dans la couche supérieure est suffisamment importante, la couche inférieure refroidie peut titre réchauffée par la couche supérieure à une température qui convient à l'opération de moulage par soufflage. D'autre part, un chauffage peut être nécessaire pour le réchauffement de la couche inférieure refroidie à sa température de travail. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe par un plan horizontal d'un appareil de moulage par injection de deux matières thermoplastiques, assurant aussi un moulage par soufflage la figure 2 est une coupe verticale d'un moule fermé autour d'un mandrin, suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; et la figure 3 est une coupe par un plan horizontal d'un second mode de réalisation d'appareil de moulage par injection-soufflage de deux matières thermoplastiques, avant moulage par soufflage. Comme- représenté sur la figure 1, l'appareil de moulage comprend un plateau tournant 1 comportant sur tous les côtés, à sa périphérie, plusieurs mandrins 2 destinés à former une paraison 3 et une paraison multicouche 4. Bien qu'on ait représenté plusieurs mandrins, un seul convient le cas écllbant. Au cours de la première étape, vle matière tilarmoplas- tique est chauffée dans le dispos tir ó, jusqn"à sa température de travail, et elle est injectée dans le dIstributeur 7 et les buses 8 d'injecticn. La matière plastique pénètre dans l'espace compris entre les moules 9 et les mandrins 2 et forme les paraisons 3, chacun des moules 9 comportant deux parties coopérantes munies chacune de conduits 10 et i1 destinés à la circulation d'un fluide de manière que la température de la paraison soit maintenue à la valeur voulue. Lorsque la paraison 3 a été formée, les parties des moules sont retirées de son contact0 Le plateau 1 passe alors d'un angle convenable, 900 dans l'appareil de la figure 1, de manière que les paraisons 3 soient contiguës à la buse 15 d'in section. Les buses 15 sont associées aux buses 16 d'un dispositif 17 de chauffage, ainsi qu a des conduits 18 et 19, comme décrit précédemment pour la première étape de moulage par injection. Une seconde matière plastique est injectée sur la paraison 3, dans la seconde étape de moulage par injection. La paraison multicouche 4 est formée par les deux matières thermoplastiques qui ne doivent pas forcément adhérer mais qui peuvent avoir des températures analogues de travail, les matières ne réagissant pas chimiquement -avantageusément l'une avec l'autre à leur température de moulage. Lorsque la paraison multicouche est formée, le plateau 1 tourne d'un angle convenable de manière que les paraisons 4 soient contiguës auxmoules correspondants 20 de soufflage. Lorsque les paraisons 4 sont parvenues à l'étape de moulage par soufflage, du fluide sous pression pénètre au centre du mandrin 2 par le conduit 22 et dilate la paraison 4 à la forme finale voulue 23. Une fois terminée la dilation, les moules 20 de soufflage sont séparés en deux parties, comme les moules d'injection, si bien que le produit multicouche à la forme finale est exposé à l'atmosphère. Le plateau 1 tourne alors à nouveau de 11 angle - approprié vers le poste 25 d'extraction A son niveau,les objets finals sont solidifiés si bien qu'ils ne peuvent plus se dilater sous l'action du fluide sous pression, Un fluide pénètre alors par le conduit 22 dans la partie centrale des mandrins 2 et dans l'objet final 26 qiji est soufflé à partir du mandrin vers une zone collectrice non représentée.Le plateau 1 tourne alors de manière que les marins 2 soient à nouveau p-resentés à la buse 8 d'injection pour la répétition du cycle décrit. Bien qu'on ait indiqué que l'objet était soufflé à partir des mandrins 2, il faut noter que d'autres procédés de retrait conviennent aussi Comme représenté sur la figure 2, les moules utilisés pour les étapes de moulage par inJection ont des configurations internes identiques, bien que le moule de 11 étape de moulage par soufflage ait la configuration de l'objet final.Cependant, à chaque étape, le moule comprend une partie supérieure 30 et une partie inférieure 31 fixées à des plateaux 32 et 33o Qu'il s'agisse d'une étape de moulage par soufflage ou par inJection, le mandrin 2 est mis en position lorsqu les parties 30 et 31 de moule sont séparées.Lorsque le mandrin a été disposé, les parties 30 et 31 de moule sont mises l'une contre l'autre par la pression exercée sur les plateaux 32 et 33 Si bien que le mandrin 2 est entouré par le moule, Lorsque les parties 30 et 31 sont en position de fermeture, les conduits 10, Il et 35 sont alignes sur une réserve non représentée de fluide de chauffage ou de refroidissement si bien que, au cours des étapes de moulage par soufflage ou de moulage par injection, du fluide circule dans ces conduits et chauffe ou refroidit la paraison de objet final. Dans l'étape de moulage par soufflage, lorsque l'objet a été dilaté, il est suffisamment refroidi pour qu'il reste intact lorsqu'vil est transféré au poste de prélèvement. Lorsque l'objet final doit comporter plus de deux couches, le nombre d'étapes de moulage par injection est accru Ainsi, lors de la formation d'un objet à trois couches, le plateau comprend cinq cotés et il tourne de 720 à chaque étape. Lors de la réalisation d'un objet à quatre couches, le plateau comprend six cotés et il tourne de 600 à chaque étape, et ainsi de suite pour la réalisation d'objets ayant plus de quatre couches Des matières thermoplastiques qui conviennent particulièrement bien selon l'invention sont le polyéthylène associé à du Saran (chlorure de polyvinylidène), les matières acryliques avec un copolymère d'acrylonitrile et d'acrylate d'éthyle (par exemple carex 210") le polystyrène avec le carex 210", le polypropylène avec le 'tPJarex 2011 ou une mai ère cellulosique telle que l'éthyle cellulose, l'acétate de cellulose, l'acétobutyrate de cellulose, le propionate de cellulose ou analegue, avec le "Barex 210". La figure 3 représente un plateau 40 à sept cotés, portant de chaque côté deux mandrins 2' destinés à la formation d'une paraison 3' et d'une paraison multicouche 4'. Le nombre particulier de mandrins porté par chaque c8té dlr plateau est purement illustratif Au cours de la premiers étape d'injection 38, la matière thermoplastique est chauffée dans les dispositifs 61 de chauffage, jusqu'à sa température de travail, et elle est injectée dans le distributeur 7' et les buses 8' d'injection. La matière plastique pénètre dans l'espace délimité entre les moules 9' et les mandrins 2' et forme les paraisons 3'. Chaque moule 9' coenprend deux parties coopérantes qui ont chacune des canaux de refroidissement destinés à la circulation d'un fluide maintenant à la valeur voulue la température de la parais on. Lorsque la paraison 3' est formée, les parties de moule sont retirées de son contacts le plateau 4Q tourne alors de l'angle convenable, c1 est-à-dire de 51 et 3/70 dans l'appareil de la figure 3, vers le poste 42 de traitement ou conditionnement. On constate que ce poste est souhaitable car, lorsque la seconde couche est injectée sur la paraison 3', le courant de matière plastique chaude sous pression élevée peut éroder la paraison 31 lorsque celle-ci n'a pas perdu suffisamment de chaleur par refroidissement. Ainsi, un poste intermédiaire 42 de condition- nement est disposé entre le premier et le second poste dtinjec- tion de manière qu'il assure le refroidissement d'une tartie au moins de la première paraison sur laquelle doit être injectée la seconde couche, et qu'il lui donne une rigidité suffisante. le poste 42 peut comprendre une plaque froide destinée à refroidir une partie au moins de la première paraison 3'. Le refroidissement, dans certains cas, peut etre réalisé par cir- culation d'un fluide de refroidissement dans le mandrin Selon un autre procédé, la paraison peut être refroidie, ou un refroidissement par l'air peut notre utilisé lorsqu'il suffit, sans qu'un poste séparé de conditionnement soit nécessaire. Gracie à la mise en oeuvre dune étape de ze-froidis- sement, les diverses couches de matière plastique ne doivent pas obligatoirement autre traitées dans la même plage de températures. Par exemple, lorsque-le matière de la couche Interne a une température dtinjection Inférieure à celle de la seconde couche, la paraison 3' peut être refroidie a' une température inférieure à sa température normale de travail. La chaleur provenant de la seconde couche pénètre alors dans la couche froide et la réchauffe0 Lorsque les divers paramètres tels que l'importance du-refrol- dissement, la température et la dimension de l'injection de la seconde couche et la durée du cycle, sont convenablement choisis, la première couche peut être ramenée à sa propre température de travail sans refroidissement suffisant de la seconde couche au-dessous de sa plage de travail. Ainsi, comme représenté sur la figure 3, lorsque les paraisons 3' ont été refroidies au poste 42, le plateau 40 tourne vers un second poste 44 à'injection. Au niveau de celuici, la matière thermoplastique est réchauffée par les dispositifs 17', jusqu'à sa température de travail, et elle est injectée dans les buses 16' du dispositif de chauffage et les buses 15' d'injection Si bien que la seconde matière plastique est injectée sur la paraison 3' dans la seconde étape de moulage. La paraison 4' est formée de deux matières thermoplastiques. Lorsque la quantité de chaleur disponible dans la seconde couche est suffisamment importante, la première couche relativement froide est réchauffée par la seconde couche jusqu'à une température qui convient à l'opération de moulage par soufflage. D'autre part, lorsque la quantité de chaleur disponible dans la seconde couche n'est pas suffisante, un autre poste 48 de traitement est nécessaire entre le poste 44 et le poste 46 de moulage par soufflage, de manière que la première couche soit réchauffée. On note que le poste 48 de conditionnement est placé entre le second poste 44 de conditionnement et le poste 46 de moulage par soufflage. Le poste 48 est utilisé pour le réchauffage de la première couche le cas échéant, et ce réchauffage peut être réalisé soit par circulation d'un fluide chaud dans les canaux internes du mandrin, soit par chauffage par induction à haute fréquence du maudrin à l'aide d'un hobinage externe, soit par chauffa" diélectrique de la première couche, à haute fréquence, provoquant undégagement de chaleur essentiellement dans la premIèreccuche. le procédé de chauffage par perte diélectrique n'est possible que lorsque les caractéristiques diélectriques des couches diffèrent suffisamment, dans une plage déterminée de fréquences, pour que le chauffage puisse êre sélectif. Comme lnctlqué précédemment, certaines matières ne nécessitent pas un poste 48 de conditionnement car la chaleur provenant de la seconde couche surfit au réchauffage de la première.Cependant, lorsque la telrjpérature de travail de la matière de la première couche est supérieure à celle de la matière de la seconde couche, la première ne peut pas etre réchauffée par la chaleur latente. de l'injection de la seconde couche. De manière analogue, la première couche ne peut pas etre réchauffée si d'autres paramètres ne permettent pas un transfert convenable de chaleur pendant suffisamment longtemps, même lorsque la chaleur latente est disponible. Il est donc nécessaire que la première paraison 3' soit réchauffée au poste 48, suivant l'une des manières décrites.Bien que la production d'un objet à deux couches soit représentée sur la figure 3, il faut noter que l'invention est aussi utile lors de la réalisation d'objets à trois couches ou plus Comme représenté sur la figure 3, lorsque la paraison 4' à deux couches est traitée de manière quelle puisse etre transformée, au poste 48 de conditionnement, le plateau 40 tourne de manière que les deux paraisons 4' soient contiguës aux moules correspondants 20' de soufflage. lorsque les paraisons 4' ont atteint l'étape de moulage par soufflage, le fluide sous pression pénètre au centre du mandrin 2' et dilate la paraison 4' à la forme finale voulue 23'. Lorsque la dilatation est terminée les moules 20' de soufflage sont séparés en deux parties de la même manière que les moule d'injection si bien que le produit multicouche à la forme finale est exposé à l'atmosphèr?. Le plateau 40 tourne alois de l'angle convenable vers le poste 50 d'éjection.Au niveau de celui-ci, les objets finals se sont solidifiés si bien qu'ils ne peuvent plus se dilater lorsqu'ils reçoivent du fluid ? sous pression. le pluie pénètre à la partie centrale des mandrins 2' dans 1' objet final et l'éjecte vers un poste collecteur. Dans certains cas, un poste 52 de conditionnement peut être nécessaire entre le poste 50 d'éjection et le premier poste 38 d'injection de manière que la température du mandrin ait une valeur qui convient à la première étape d1 injection0 lors de la fabrication de bouteilles, les mandrins utilisés sont relativement longs et minces et, comme il est pratiquement imposs-ble que la matière plastique s'écoule de façon absolument uniforme dans la cavité de moulage au cours de la première injection, le mandrin subit un fléchissement élastique. Ce fléchissement a peu d'importance pour la réalisation de bouteilles à une seule couche car le fléchissement ne représente qu'une petite fraction de l'épaisseur de la paroi de la paraison.D'autre part, dans le cas d'une paraison à paroi relativement mince, le fléchissement est suffisamment important pour que la paraison ait une excentricité importante. lors du soufflage, une telle paraison peut conduire à une épaisseur irrégulière de paroi ou meme à une rupture de la couche interne0 Il est avantageux, afin que ce problème d'excentricité soit résolu, que le mandrin soit en matière ayant un module élevé d'élasticité. Par exemple, il peut être en tungstène dont le module d'élasticité est égal à 3,62.106 kg/cm2, et une autre matière qui convient est le tungstène Imprégné de cobalt dont le module d'élasticité est compris entre 5.106 et 6,4.106 kg/cm. A titre de comparaison, les mandrins classiques sont en acier dont le module d'élasticité est de l'ordre de 2,1.106 kg/cm2. Comme le fléchissement pour une contrainte donnée est imTersement proportionnel au module, le fléchissement du mandrin peut donc être réduit notablemant par utilisation d'un mandrin en une matière ayant un module d'élasticité très élevé. Un autre procédé de résolution du problème de l'excen- tricité est la fixation du bout du mandrin par rapport au moule lors de la partie initiale de l'injection de manière que le mandrin soit maintenu mécaniquement en position convenable centrée dans la cavité de moulage. La matière thermoylastique est injectée à partir du col au mar@rin et non pas à partir du bout, et, lorsque l'injection pregresse, la dispositif est retiré de manière que la matière plastique puisse s'écouler librement à sa place. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. EVEI 1. Procédé de moulage d'objets muntlcouches en matière plastique, formés à partir d'au moins deux matières-thermoplastiques, caractérisé en ce qu'il comprend la disposition d'un premier'moule d'injection autour d'un mandrin, puis l'injection d'une première matière thermoplastique plastifiée par la chaleur dans le moule et sur le mandrin de manière qu'une première paraison soit formée, le retrait du mandrin et de la première paraison du premier moule d'injection, lorsque la paraison a été formée, le refroidissement d'une partie au moins de la paraison sur laquelle une seconde couche doit eAtre injectée, à une température inférieure à la plage normale de travail de la première matière ther::oplastIque, de manière que la première paraison ne subisse pas d'érosion lors de l'injection ultérieure de la seconde couche sur elle, la disposition d'un second moule d'injection autour du mandrin et de la première paraison, puis l'injection d'une matière thermoplastique plastifiée par la chaleur sur la première paraison, sous forme d'une seconde paraison multicouche, le transfert de la seconde paraison portée par le mandrin à un moule de soufflage, puis le moulage par soufflage de la seconde paraison dans le moule de soufflage sous forme d'un objet, et le retrait de cet objet du mandrin. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, après la formation de la seconde paraison sur le mandrin, le retrait du mandrin et de la seconde paraison du second moule dtinjection puis le chauffage de la seconde paraison de manière que la première matière thermoplastique et la seconde soient toutes deux à une température suffisamment élevée pour que le moulage ultérieur par soufflage puisse tre réalisé. 3. Procédé de moulage d'objets multicouches en matière plastique, formés à partir d'au moins deux matières thermoplastiques, caracterisé en ce qu'il comprend l'injection d'une première matière thermoplastique plastifiée par la chaleur sur un mandrin, dans un moule d'injection, sous forme d'une paraison, le retrait du moule d'injection après formation de la paraison, le refroidissement d'une partie au moins de la paraison sur laquelle une autre couche doit astre injectée, à une température inférieure à la plage normale de travail de la première matIère thermoplastique, de manière que la première paraison @e subisse pas d'érosion au cours de l'injection ultérieure dune autre couche, le transfert de la salaison à au moins un moule supplémentaire d'injection, l'injection d'une matière thermoplastique plastifiée par la chaleur sur la paraison, à chaque étape sup plémentaire de moulage par injection, de menlsre qu'une parais-on multicouche soit formée, puis, après la formation de chaque paraison, le retrait de celle-ci du moule d'injection et le refroidissement d'une partie au oins de la paraison formée, entre deux étapes d'injection, de manière qu'une partie au moins de la ccuche supérieure soit refroidie, avant injection de la couche suivante, à une température inférieure à la tuage rormale de travail de la matière thermoplastique dont est formée la parais on, de manière que la paraison formée ne subisse pas d'érosion lors de l:injection ultérieure d'une autre couche de paraison, le transfert de la paraison multicouche portée par le mandrin vers un moule de soufflage, et le moulage par soufflage de la paraison multicouche dans le moule de soufflage sous forme d'un objet, puis le retrait de l'objet du mandrin. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première paraison est refroidie par une plaque froide. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première paraison est refroidie par circulation d'un fluide dans le mandrin. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première paraison est refroidie par réfrig-ération. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première paraison est refroidie par de l'air.