Brevet FR2301366A1 — publié le 19760917

La présente invention a trait à un procédé de fabrication de corps creux en matière thermoplastique ainsi qu aux corps creux obtenus selon ce procédé et aux préformes mises en oeuvre par ce procédé. On connait déjà différents procédés de fabrication de corps creux en matière thermoplastique, tels que par exemple des bouteilles, flacons ou bidons, consistant à réaliser une préforme par un procédé quelconque, par exemple extrusion ou injedion, puis à provoquer l'expansion de la préforme par soufflage à l'intérieur d'un moule généralement en deux parties. Il est déjà connu d'effectuer l'expansion de telles préformes à une température au-dessus de la température de transition vitreuse, de façon à obtenir par étirage bi-axial un état de matière dit état bi-orienté, la préforme une fois expansée étant alors refroidie pour conserver l'état de bi-orientation de la matière qui a été obtenu lors de 1'expansion. Le but de cet étirage bi-axial est de conférer à la matière thermoplastique des propriétés particulièrement intéressantes de résistance et de tenue mécanique Dans de tels procédés on a déjà envisagé, une fois la préforme maintenue par la partie destinée à former le col ou le goulot par exemple à l'intérieur du moule de soufflage, d'effectuer avant le soufflage un étirage axial dans le but d'allonger la préforme et de lui conférer un état d'orientation unidirectionnel avant l'expansion radiale définitive. Cet étirage axial est généralement effectué à l'aide d'un doigt ou élément coulissant pénétrant dans la préforme. Ces procédés connus ne donnent cependant pas toute satisfaction et notamment ne permettent pas de réaliser par simple soufflage des corps creux ayant des dimensions transversales très importantes et un faible diamètre de col. En effet l'épaisseur de préforme disponible est égale à l'épaisseur du col du corps creux laquelle forme ainsi une limite physique des possibilités géométriques du corps creux. On a certes déjà essayé de résoudre ce problème par exemple dans le brevet US 3.754.851 en réalisant une préforme ayant des surépaisseurs au-dessous du col mais ceci pose d'importants problèmes de fabrication soit lors de l'extrusion de la préforme, soit lors de sa réalisation par injection, le contrôle de ces épaisseurs étant particulièrement malaisé tandis que la déformation ultérieure de la préforme nécessite un contrôle de températures différentielles particulièrement critique. Par ailleurs la déposante a imaginé un procédé de fabrication de corps creux dans lequel une orientation bi-axiale est conférée à l'ensemble du corps creux, y compris le col, ce qui nécessite notamment une déformation radiale importante du col qui serait difficile et parfois impossible avec des préformes d'un type actuellement connu. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients et de fournir un procédé de fabrication de corps creux mettant en oeuvre des préformes nouvelles et permettant d'échapper aux limites géométriques et technologiques précitées. De plus le procédé selon l'invention permet un accroissement de la productivité dans la fabrication des préformes des corps creux, le cas échéant un gain en poids du corps creux fabriqué et, notamment dans le cas où la préforme est réalisée par injection ou injectionsoufflage, une augmentation du rapport longueur de préforme/ diamètre de préforme normalement limité par les problèmes de tenue du noyau du moule d'injection. L'invention permet également de faciliter la réalisation de corps creux présentant une orientation bi-axiale en toutes leurs parties et notamment au niveau du col. L'invention se propose également de faciliter la fabrication de corps creux de types particuliers tels que par exemple récipients d'aérosol. L'invention a pour objet un procédé de fabrication de corps creux en matière thermoplastique dans lequel on réalise tout d'abord, d'une façon quelconque, une préforme en matière thermoplastique destinée à être ensuite expansée pour obtenir la forme définitive du corps creux, et dans lequel la préforme est axialement allongée avant d'entre expansée dans sa forme définitive, caractérisé par le fait que l'on provoque par étirage axial une diminution importante de diamètre de la préforme, y compris la partie destinée à former le col, à la suite de quoi on déforme la préforme pour obtenir la forme définitive du corps creux. De préférence on fait subir à la préforme, par cet étirage axial, un allongement au moins égal à 20 %, ce qui entrain une diminution de diamètre au moins égale à 20 %. La préforme peut être fabriquée de n'importe quelle façon, par exemple par injection, injection-soufflage, extrusion, extrusion-souf flage Dans un iode de mise en oeuvre préféré de l'invention l'étirement et la diminution du diamètre de la préforme peuvent entre obtenus en introduisant à l'intérieur de la préforme un élément allongé destiné à provoquer un étirement uni-axial de la préforme. Toutefois, en variante il serait possible de réaliser cet étirement uni-axial par traction sur l'extrémité libre de la préforme. Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré de l'invention la diminution de diamètre est pratiquée sur la préforme à une température voisine et supérieure de la température de transition vitreuse, permettant ainsi de conférer à la préforme y compris à la partie formant le futur col, un état d'orientation axiale. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, notamment pour des polymères de type "cristallin", la préforme rétrécie est amenée, si elle n'y est pas déjà, à une température voisine et supérieure de la température de transition vitreuse et est ensuite expansée, notamment dans les directions radiales y compris en ce qui concerne le col du corps creux, cette expansion étant telle qu'elle réalise sur la totalité du corps creux, y compris son col, un état d'orientation bi-axiale dans lequel le corps creux se trouve figé. De préférence la matière est allongée au moins 1,5 fois dans toutes les directions et en tous emplacements du corps creux. Le rétrécissement de la préforme, selon l'invention peut être effectué soit à l'intérieur du moule de soufflage, soit à l'extérieur. Lorsqu'il est effectué à l'extérieur il est notamment possible d'utiliser une préforme ayant un diamètre nettement supérieur au plus petit diamètre interne du moule de soufflage, la préforme étant étirée et son diamètre réduit de façon à pouvoir pénétrer dans le moule, cette réduction étant de préférence suffisante pour que même la partie formant le col du corps creux soit également expansée radialement lors du soufflage. On comprend que du fait que l'invention permet d'utiliser des préformes pouvant présenter un plus grand diamètre que celui du col du corps creux à réaliser, l'épaisseur de la préforme pour un même poids de matière thermoplastique utilisée s'en trouve réduite, ce qui permet de raccourcir les temps de refroidissement nécessaires à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ce qui permet d'accroitre notablement la productivité dans la réalisation des préformes. Dans le cas où selon un mode de mise en oeuvre particu lièrement avantageux de l'invention, on utilise des matières thermoplastiques du type "cristallin", possédant un état cristallin, le refroidissement plus rapide de la préforme permet de mieux fixer ces matières dans une structure amorphe particulièrement intéressante. Il est également possible dans certains modes de mise en oeuvre de ne pas réaliser, lors du soufflage une expansion du col. Ainsi, l'invention peut être utilisée notamment pour la fabrication de récipients aérosols, le procédé selon l'invention consistant alors à effectuer l'allongement et le rétrécissement de la préforme en utilisant l'extrémité du tube qui prolonge la valve d'aérosol et ceci jusqu a ce que le rétrécissement soit tel que la valve soit emprisonnée par la préforme à la suite de quoi on effectue le soufflage à travers la valve en empêchant l'expansion de la partie de col entourant directement la valve. L'invention a également pour objet, à titre de produits industriels nouveaux, les corps creux obtenus par le procédé selon l'invention. Enfin l'invention a également pour objet, à titre de produits intermédiaires nouveaux, des préformes en matière thermoplastique destinées à être soufflées et qui sont caractérisées par le fait qu'elles ont subi, par étirement, une importante diminution de diamètre dans les conditions selon l'invention. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparattront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif, et se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente une section axiale d'une préforme extrudée-soufflée avant étirement, - la figure 2 représente cette préforme après étirement, - la figure 3 représente une section du corps creux définitif avec un fragment du moule, - la figure 4 représente une section axiale d'une préforme injectée-soufflée, - la figure 5 représente cette préforme après étirement, - la figure 6 représente une section du corps creux définitif obtenu avec un fragment du moule. On se réfère aux figures 1 à 3. On veut réaliser, par exemple, un corps creux tel qu'une bouteille destinée à résister à la pression, par exemple pour contenir des liquides carbonatés, qui soit transparente et susceptible de subir des élévations importantes de température, voire d'être stérilisée. Pour cela on extrude par un procédé conventionnel une paraison en un polyester thermoplastique, tel que par exemple le polytérephtalate d'éthylène- glycol. Cette paraison est ensuite reprise de façon. tout-à-fait classique, dans un moule par exemple en deux pièces séparables, présentant une cavité correspondant à la préforme désirée et dont les parois sont énergiquement refroidies. La paraison y est expansée par introduction d'un fluide thermorégulé sous pression jusqu'd lui faire épouser parfaitement les formes de la cavité du moule.La préforme se refroidit brutalement au contact du moule ce qui lui permet d'acquérir une structure amorphe. La préforme ensuite démoulée présente la forme représentée sur la figure 1 avec une partie supérieure l désignée par la suite sous le terme de faussebague, un corps sensiblement cylindrique 2 et un fond 3. On voit au dessus de la zone appelée fausse-bague 1 une autre zone aplatie 4 qui correspond à la partie de la paraison qui est coincée entre les deux parties du moule de préforme lors de la fermeture de celles-ci sur la paraison et qui permet donc le maintien de la paraison à l'intérieur du moule de préforme avant et pendant le soufflage. Cette zone 4 est ensuite chutée par des moyens classiques comme on le voit sur la figure 2. Après la chute de la partie 4, on réchauffe soigneusement la préforme jusqu a une température comprise entre 1 et 300 au dessus de la température de transition vitreuse. De préférence, par un chauffage différentiel, par exemple par rayonnement, la partie supérieure de corps: dans la zone 2a est amenée à une température moyenne supérieure à celle de la température de la matière dans les zones inférieures du corps 2 et du fond 3. La préforme ainsi chauffée est ensuite introduite dans le moule de soufflage définitif 8 dans lequel elle est maintenue par la partie supérieure du moule qui épouse étroitement les formes de la fausse-bague 1. Sans perdre de temps on introduit à l'intérieur de la préforme une tige coulissante 5 animée d'un mouvement axial qui repousse le fond 3 en provoquant un étirement ou allongement de la préforme en même temps qu'une diminution de diamètre et une diminution d'épaisseur. On voit sur la figure 2 la préforme allongée et rétrécie à la fin de ce stade. On voit notamment que du fait de la difference de température entre la zone 2a et les autres zones de la préforme initiale, le rétrécissement est plus important dans la zone 6, qui correspond à la zone 2a que dans la zone 7 correspondant à la partie inférieure de la zone 2. C'est cette zone 6 qui servira ultérieurement à réaliser le col du corps creux. Il est clair que, pour faciliter la compréhension de l'invention le rétrécissement au niveau de la zone 6 a été sensiblement exagéré sur le dessin. De préférence la préforme allongée est au moins 1,2 fois plus longue que la préforme de départ représentée sur la figure 1. Une fois que l'on a effectué l'allongement et obtenu une préforme selon la figure 2, la matière se trouve encore au dessus de la température de transition vitreuse. Il est intéressant à ce stade de contrôler les températures de la préforme et il est souhaitable d'attendre pour effectuer le soufflage ultérieur que l'ensemble de la préforme ait atteint une température uniforme. On effectue alors un soufflage définitif de sorte que la préforme s'expanse cette fois essentiellement radialement pour obtenir une configuration telle que celle représentée sur la figure 3. On voit sur la figure 3 la forme définitive du corps creux ainsi qu'une vue partielle de la partie supérieure correspondant à la fausse-bague dans une partie du moule 8. Après démoulage cette partie supérieure 1 est découpée pour obtenir la forme définitive de bouteille recherchée. De préférence l'expansion radiale est telle qu'en toute partie du corps creux définitif le diamètre est au moins 1,2 fois supérieur au diamètre de la partie correspondante de la préforme de la figure 2. L'état de bi-orientation qui est obtenu dans la matière à la fin du soufflage définitif reste maintenu. Le soufflage peut avantageusement être suivi d'un thermofixage c'est-à-dire d'une augmentation de température qui permet de libérer les contraintes intermédiaires résiduelles, ce thermofixage effectué par exemple entre 180 et 2000C. Il est particulitement intéressant de bien contrôler les températures lors du soufflage et notamment lors du soufflage définitif. A cet effet il est par exemple possible que la préforme allongée de la figure 2, située dans le moule de soufflage définitif 8 reste, lors d'une première partie du soufflage à une température supérieure à la température de transition vitreuse, puis parvient vers la fin du soufflage à une température inférieure à cette température de transition ce qui permet un figeage des contraintes de l'état bi-orienté, le thermofixage final s'effectuant alors de préférence lors du contact sur les parois chauffées du moule. Bien entendu il serait également possible d'utiliser un moule à parois froides et effectuer le thermofixage après démoulage. On comprend d'après l'exemple de réalisation des figures 1, 2 et 3, que le diamètre du corps 2 de la préforme dans l'état de la figure 1 est inférieur ou au plus égal au diamètre du col 9 définitif de la bouteille, ce qui permet d'introduire la préforme de la figure 1 dans le moule de soufflage 8 et de procéder aux opérations successives d'étirage par la tige et de soufflage définitif. On se réfère aux figures 4, 5 et 6. Dans ce mode de mise en oeuvre on réalise par exemple par injection-soufflage, une préforme représentée sur la figure 4 et possédant une fausse-bague 11, un corps 12 et un fond 13. On voit que le diamètre du corps 12 est nettement supérieur au diamètre final du col du corps creux définitif- 19. Dans ce cas on amène la préforme de la figure 4, à une température supérieure et voisine de la température de transition vitreuse et, en dehors du moule de soufflage définitif, on provoque l'allongement et la diminution de diamètre de la préforme grâce à un doigt coulissant axialement 15, pendant que la préforme est solidement maintenue par sa fausse-bague 11. Le doigt coulissant 15 peut par exemple être constitué par le tube 15 d'une valve d'aérosol 15a et on voit sur la figure 5 qu'à la fin du mouvement de descente de ce tube 15, la tête de valve 15a se trouve emprisonnée dans la paroi 17 du fait de la diminution de diamètre. A la fin de cet allongement, la préforme étant toujours à une température voisine et supérieure à la température de transition vitreuse, ou étant ramenée à une telle température, on place la préforme allongée dans le moule de soufflage et l'on effectue le soufflage au travers du tube 15 par un orifice latéral non représenté prévu à cet effet. On voit que dans ce mode de mise en oeuvre le col 19 ne subit aucune expansion radiale. Bien entendu il sera également nécessaire d'effectuer la diminution de diamètre de la préforme en dehors du moule de soufflage final dans les cas où, malgré une expansion radiale du col lors du soufflage final, le diamètre de la préforme avant l'étirage axial reste supérieur au diamètre du col définitif du corps creux. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter diverses modifications de forme ou de matériaux sans pour cela s'éloigner ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de corps creux en matière thermoplastique de type "cristallin", dans lequel on réalise une préforme en matière thermoplastique destinée à étire expansée et dans lequel la préforme est axialement allongée, y compris au niveau devant former le col, avant d'entre expansée dans sa forme définitive, caractérisé par le fait que l'on provoque par étirage axial une diminution importante du diamètre de la préforme, à la suite de quoi on déforme la préforme pour obtenir la forme définitive du corps creux d'une quantité suffisante à une température suffisante pour réaliser un état d'orientation bi-axial dans la totalité du corps creux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la préforme se trouve dans un état amorphe. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on effectue l'étirage puis la déformation à une température supérieure à la température de transition vitreuse et voisine de celle-ci. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la matière est étirée dans la totalité du corps creux d'au moins 1,5 fois dans toutes les directions. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on fait subir à la préforme un allongement au moins égal à 20 % et une diminution de diamètre au moins égale à 20 %. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on effectue l'étirage et le rétrécissement des diamètres de la préforme à l'intérieur du moule de soufflage définitif. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on effectue l'étirage et le rétrécissement de diamètre de la préforme à l'extérieur du moule de soufflage définitif. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'avant d'effectuer l'étirage, axial on produit les différences de température dans la direction axiale de la préforme. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on prévoit une fausse bague à l'une des extrémités de la préforme pour maintenir la préforme pendant i 'étirage. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on maintient la préforme dans le moule de soufflage par l'intermédiaire de la fausse bague. 11. Corps creux en matière cristallisable amorphe, caractériséspar le fait qu'ils sont obtenus par le procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9. 12. Préforme pour la fabrication de corps creux selon la revendication 11, caractérisée par le fait qu'elle a subi un étirage axial et un rétrécissement de diamètre dans le procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10. 13. Procédé de fabrication de corps creux en matière thermoplastique dans lequel on réalise une préforme en matière thermoplastiq#ue destinée à être expansée et dans lequel la préforme est axialement allongée avant d'entre expansée dans sa forme définitive pour provoquer par étirage axial une diminution importante du diamètre de la préforme y compris dans la partie destinée à former le col, à la suite de quoi on déforme la préforme pour obtenir la forme définitive de corps creux, caractérisé par le fait que l'on réalise l'étirage en utilisant une tige de valve aérosol, la valve étant ensuite emprisonnée dans la paroi de la préforme lors du rétrécissement de diamètre. 14. Corps creux, caractérisé par le fait-qu'il est obtenu par le procédé selon la revendication 13.