Brevet FR2457228A1 — publié le 19801219

La présente invention se rapporte à un procédé pour améliorer ltétanchéité entre certains composants comme, par exemples entre une fermeture et un récipient ou entre un goulot et un opercule verseur. L'un des aspects de l'invention se rapporte à l'application des techniques ultrasoniques pour améliorer ltétanchéité des fermetures du type de celles décrites dans les demandes de brevets australiens N 446 218 et 474 9009 respectivement de Fattori et de Welsh. Un autre aspect de l'invention concerne l'application de techniques ultrasoniques pour améliorer l'étanchéité des capuchons ou des capsules de fermeture qui ont été appliqués à des récipients contenant des boissons gazeuses. Un grand nombre de fermetures du type Fattori sont couramment fabriquées avec des composants qui ont été moulés en grandes quantités dans des matières thermoplastiques en utilisant des équipements de moulage classiques. Les tolérances de fabrication pouvant normalement être obtenues avec la plupart des équipements de moulage de matière plastique utilisés dans l'industrie permettent de produire des composants suffisamment précis pour réaliser un joint efficace capable d'empêcher l'écoulement des liquides. Toutefois, le développement de l'emballage du vin en vrac dans des sacs logés dans des boites, a rendu nécessaire un système permettant non seulement de contrôler l'écoulement du liquide, mais quis de plus, empêche les infiltrations de ltoxygène atmosphérique, lequel détériore progressivement le vin et diminue sa durée de conservation.Etant donné qu'avec la plupart des moyens d'emballage disponibles, on se heurte à ce problème dtinfiltraticns de l'oxygène, il est clair que l'indus- trie a besoin d'un système de fermeture-distributeur dont l'étanchéi- té est plus efficace que celle pouvant être normaIement obtenue avec des composants fabriqués par des procédés de moulage classiques des matières plastiques. En prenant le cas de la fermeture Fattori, par exemple, on sait que cette fermeture comprend un goulot tubulaire sur lequel est monté un diaphragme élastique déformable. Ce diaphragme qui a un contour concave s'étend à l'intérieur du goulot à partir d'un joint périphérique formant une Jonction avec lui. Une languette est for- mée au milieu de l'élément concave afin de produire un moyen par lequel le diaphragme peut être déformé à la main. La déformation du diaphragme rompt le joint et permet au liquide de 6 écouler par le goulot et hors d'un orifice de distribution.Ors l'efficacité du joint périphérique entre le diaphragme et le goulot est diminuée par les minuscules imperfections de moulage des deux composants, avec, pour résultats que le joint permet un certain degré d'infiltration de l'oxygène. Les mêmes problèmes d'infiltration peuvent se poser avec les capuchons ou les capsules de matière plastique sans doublure pour bouteilles contenant des boissons gazeuses, l'infiltration se produisant à travers le joint formé entre le capuchon et le col du ré copient, avec, pour conséquence, une perte de gaz carbonique et une réduction de la durée de conservation. La Demanderesse a découvert que les techniques connues de soudage par ultra-sons peuvent être modifiées de façon à améliorer la complémentarité des formes ou les caractéristiques d'étanchéité des fermetures ou des capsules. Comme son nom l'indique, la technique du soudage par ultra-sons consiste à souder ou à solidariser des composants différents en les soumettant à l'action de vibrations ultrasoniques développant par frottement de la chaleur pour fondre l'une au moins, des surfaces de contact des composants, formant ainsi un joint.La source des vibrations ultrasoniques est généralement constituée par un élément à électrostriction qui s'allonge et se contracte sous l'action d'une tension électrique alternative. Le zircotitanate de plomb convient particulièrement bien comme élément à électrostriction. Des cornes, également appelées concentrateurss tiges, outils ou transformateurs d'amplitude ou de vitesse, sont utilisées pour transférer les vibrations ultrasoniques de l'élément aux composants à souder. On applique suffisamment d'énergie ultrasonique pour fondre ou amollir l'une, au moins, des surfaces de manière que la matière du composant flue et vient épouser le contour des minuscules irrégularités de l'autre composant. Toutefois, on arrête l'application de l'énergie altrasonique avant d'atteindre le stade auquel un degré appréciable de soudage se produit au joint. L'utilisation de matières dissemblables pour les composants complémentaires (par exemples de matières ayant des températures de fusion ou d'amollissement différentes) diminue considérablement la tendance des composants à se souder. La présente invention apporte un procédé pour améliorer le degré d'étanchéité à l'air d'un joint formé entre un élément de fermeture et un col de récipients ce procédé consistant à soumettre des surfaces à étancher dudit élément de fermeture et dudit col appelées à former ledit joint à des vibrations ultrasoniques suffisantes pour faire en sorte que l'un, au oins, des deux éléments fonde ou s'amollisse et flue, en épousant ainsi les contours de la surface d'étanchéité de l'autre élément, l'application de ladite énergie ultrasonique étant limitée à une période suffisamment courte pour s'assurer qu'il ne se produit pratiquement pas de soudage entre lesdites surfaces. De préférence, le col a une section circulaire et l'élément de fermeture comporte une Jupe tubulaire qui vient s'enfiler sur ledit col et qui est fixée à celui-ci. On prévoit que dans la majorité des applications industrielles, c'est la surface d'étanchéité de l'élément de fermeture qui s'amollira ae manière à se conformer aux contours de la surface de la bordure du récipient. Toutefois, l'invention s'applique également au moulage de la surface d'étanchéité d'un col de façon à venir épouser les contours de la surface d'étanchéité de l'élé- ment de fermeture, en particulier, lorsque le point de fusion du col est inférieur à celui de la matière de ce dernier. C'est ainsi, par exemples que dans le cas où une capsule métallique a été appliquée au col d'une bouteille en matière plastique les vibrations ultrasoniques peuvent être appliquées à travers la capsule pour faire en sorte que la lèvre d'étanchéité de la bouteille de matière plastique stamollisse et vienne épouser le contour de la surface de la capsule de métal. Le moyen le plus pratique pour appliquer les oscillations ultrasoniques à ltélément de fermeture consiste à utiliser une corne vibrante De préférence, la corne est un organe tubulaire creux permettant d'exercer une pression sur la région de L'élément de fermeture qui est en contact étanche avec le col. Ceci permet de rédui re les déformations inutiles de l'élément de fermeture quand on enlève la corne après le moulage du joint. La corne, qui est tenue contre la fermetures imprime à celle-ci de l'énergie ultrasonique produisant une fusion locale de la matière plastique qui est en contact étanche avec un récipient, par exemples avec le bord du col d'une bouteille. La pression de la corne peut entre maintenue après que la fusion par les vibrations ultrasoniques est achevée afin de permettre à la matière plastique qui a été fondue le temps nécessaire pour fluer et pour se solidifier suivant le contour voulu. Be fonctionnement de l'invention dépend d'un grand nombre de paramètres interdépendants, tels que la forme de la fermeture, le point de fusion de la matière plastique dont celle-ci est faite, le point de fusion de la matière du récipient, le modèle de la cornes etc.., les conditions de fonctionnement ne pouvant, dans la plupart des cass qu'être définies dans des termes très généraux. La liste ci-dessus indique des limites typiques de certains paramètres intervenant dans l'application de l'invention. Les valeurs typiques sont les suivantes : I - Période d'application des vibrations ultrasoniques : de Tordre de 0,02 à 6 secondes, de préférence, entre 0,1 et o,5 seconde. II. Temps suffisant pour permettre aux composants de se solidifier sous pression sans application de vibrations : de ltor- dre de 0,05 à 3 secondes, de préférence, entre 0,05 et 1 seconde. III - Pression d'application de la corne : 0,007 à 7 kg/cm . IV - Amplitude des vibrations ultrasoniques appliquées par la corne : de 25 microns à 0,25 mm. Dans les cas ot ltélément de fermeture et le col sont composés de matières plastiques différentes ayant des points de fusion ou des températures d'amollissement similaires (par exemples une bouteille en téréphtalate de polyéthylène et une fermeture en une polyoléfine), un soudage des deux composants est improbable, en tant qu'effet secondaire indésirable du procédé de l'invention, en dépit de la tendance de la matière de la bouteille à s'amollir à cause de son bas point de fusion du fait de l'incompatibilité chimique entre le téréphtalate de polyéthylène et la polyoléfine, incompatibilité qui tend à empêcher le soudage. L'invention vise également les récipients fermés paT un élément de fermeture dans lesquels ltétanchéité du joint entre le récipient et l'élément de fermeture a été réalisée selon le procédé de l'invention. D'autres caractéristiques eb avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivrez donnée uniquement à titre dtexemple nullement limitatifs en référence au dessin annexé, dans lequel :: Les figures 1t et 1B sont des vues en coupe d'une fermeture du type Fattori montrant également une corne ultrasonique ~ La figure 2A est une vue en coupe à travers une fermeture sans doublure ~ La figure 28 est une vue en coupe d'une fermeture sans doublure de la figure 2A, telle qu'elle se présente après avoir été appliquée au col d'un récipient ~ La figure 3A est une vue en coupe d'une autre fortne d'une fermeture sans doublure ;; et La figure 3B est une vue en coupe d'une variante de la figure 3A, telle qu'elle apparaît après que la fermeture ait été appliquée au col d'un récipient. En se référant aux figures 1A, 1B on voit une fermeture Fattori comprenant un goulot qui peut être formé d'une matière appro- priée quelconque telle qu'un polyéthylène moulé ayant une faible densité, qui est la matière préférée dans le cas présent. Le goulot comporte une ouverture d'entrée qui est entourée d'une bordure annulaire 4, l'extrémité 5 étant ouverte pour permettre ltécoule- ment d'un liquide. Un bouchon de distribution déformable, qui peut être moulé dans une matière thermoplastique appropriée, telle qu'un copoly mère d'acétate de vinyle et d'éthylène ou dans un élastomère ther moplastiques est monté sur l'extrémité du goulot de manière à permettre à la partie concave de produire un joint circulaire 8 autour du pourtour intérieur de l'extrémité du goulot. Un liquide peut être délivré par la fermeture en agissant sur une languette de manière à déformer la partie concave et, partant, de manière à rompre l'étanchéité. La construction et le fonctionnement de ce type de dispositif de fermeture-distributeur sont décrits plus en détail dans le brevet australien N 446 218. Une corne 92 pouvant se déplacer alternativement, est prévue pour transférer de lténergie ultrasonique issue d'une source (non représentée) et est montée immédiatement au-dessus de la par tde concave de la fermeture-distributeur. La corne comprend une partie cylindrique creuse 10 présentant un chanfrein 11 qui facilite ltopération de moulage par-ultra-sons. En fonctionnement, la corne peut être transférée de la position représentée à une position dans laquelle son extrémité chanfreinée est en contact avec la partie concave autour de la region du joint. L'énergie ultrasonique est appliquée pendant une pé rlode comprise entre 0,04 et 0,25 seconde et, de préférence, pen- dant environ 0s12 seconde dans le cas d'un goulot en un polyéthylène à basse densité et lorsque le bouchon de distribution est en acétate de vinyle et d'éthyle. Des temps d'application différents doivent etre utilisés lorsque d'autres, ayant des caractéristiques de fusion différentes, ou lorsque d'autres structures sont utilisées. Dans chaque cas, la durée du chauffage par vibration doit être calculée de façon qu'un ou plusieurs de6 composants s'amollisent suffisamment pour que les composants épousent leurs contours mutuels sans former pour autant une soudure. Be temps de chauffage optimal peut être facilement déterminé de~façon empirique par des essais. Pour réduire à un minimum les risques de soudure accidentels, il est préférable que les surfaces appelées à former l'étan- chéité soient constituées par des matières pratiquement incompatibles en ce qui concerne le soudage et/ou qui ont des points de fusion différents. Dans ltexemple précédent, on utilise un acétate de vinyle et d'éthyle ayant un point de fusion d'environ 80 C et un poly- éthylène fondant à 115 C, ce qui donne une différence de 35 C entre les points de fusion des deux matières, marge suffisante pour obtenir d'excellents résultats.De préférence, la différence des points de fusion doit être d'au moins 10 C, bien que ceux-ci ne soient pas indispensables, car il est même possible de réaliser le type de mou- lage envisagé par l'invention avec des composants faits des mêmes matières à condition que les paramètres du procédé soient rigoureusement déterminés et respectés. Un autre facteur qui Joue un rôle dans le moulage est la pression appliquée par la corne et il convient de veiller que cette pression ne soit pas assez grande pour produire une soudure. D'une manière générale, une pression inférieura à 5,5 kg/cm2 et mieux enco- re inférieure à 1,4 kg/cm2 convient, bien que ceci-dépende-également des matières et de la structure des composants. Enfin, quand la période de chauffage par ultra-sons est terminée, on maintient la pression de la corne pendant encore 0,05 à 3 secondes, de préférence, pendant environ 0,4 seconde afin de per- mettre aux composants de refroidir et de se solidifier pendant qu'ils sont tenus en place. La corne recule ensuite à sa position initiale, dans laquelle elle est représentée sur le dessin, prête à répéter la séquence précédente d'opérations. La Demanderesse a trouvé que l'invention peut être appliquée à des composants déjà utilisés et qui, de ce faits sont en contact avec un liquide. C'est ainsi, par exemple, que l'étanchéité d'une fermeture Fattori peut être améliorée par le procédé ci-dessuss même lorsque cette fermeture est- déjà fixée à un sac contenant du vin et assure ltétanchéité de celui-ci. En se référant à la figure 2A, on voit un capuchon forme d'une matière thermoplastique qui peut être fabriqué par des procédés classiques, tels que le moulage par injection. Le capuchon comprend un panneau circulaire autour duquel s'abaisse une jupe tubulaire. La jupe comporte un filetage intérieur destiné à faciliter sa fixation au col d'un récipient. Des moyens pour faciliter l'étanchéité entre le capuchon et le récipient sont prévus sur le premier. Dans le mode de réalisation représenté, ces moyens d'étan chéité comprennent une région annulaire entourant la surface de la partie inférieure du panneau circulaire qui est en contact avec la bordure du col du récipient quand le capuchon est en place. Ia figure 2B est une vue partielle à plus grande échelle illustrant le contact entre le sommet du col d'un récipient et une région annulaire du panneau supérieur. Le col du récipient comporte un filetage qui est complémentaire du filetage du capuchon et qui sert à tenir ce dernier appliqué de façon étanche contre le col. (Il est à noter que le contact entre les filetages complémentaires du capuchon et du col nta pas été représenté sur le dessin). Une étanchéité annulaire est réalisée par le fait que le soumet du col arrondi exerce une forte pression contre la face inférieure du panneau supérieur.-Le sommet du col pourrait aussi compor ter un gadin pour améliorer l'efficacité du joint. Ainsi, lorsqu'on applique une corne annulaire vibrante du type de celle décrite en regard de la figure 1 à une région annulaire du sommet de la fermetures a matière plastique entourant la région du gradin flue et vient épouser le contour de ce derniers réduisant ainsi les risques de fuites qui auraient pu résulter des imperfections des surfaces d'étan chéité du col du récipient ou du capuchon en matière plastique. Le capuchon représenté sur les figures 3A et 3B opère d'une manière analogue à celle décrite en regard des figures 2A et 2B. Toutefois, au lieu d'un panneau supérieur en creux comme celui de la figure 2A, la fermeture est pourvue d'un sommet plat dont la face inférieure comporte un bourrelet annulaire profilé pour établir un contact étanche avec le sommet du col d'un récipient. On applique une corne ultrasonique à une région annulaire du sommet de la fermeture afin de produire les effets de moulage et d'étanchéité voulus, décrits à propos des exemples précédents. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer ltétanchéité à l'air d'un joint formé entre un élément de fermeture et le col d'un récipient, caractérisé en ce qu'on soumet les surfaces d'étanchéité dudit élément de fermeture et dudit col, lesquelles forment ledit joints à une énergie ultrasonique vibrante suffisante pour que la surface d'étanchéité de l'un, au moins, desdits éléments fonde DU s'amollisse en épousant ainsi le contour de la surface d'étanchéité de L'autres 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on limite l'application de lténergie ultrasonique à une période de temps suffisamment courte pour s'assurer que les surfaces d'étanchéité ne se soudent pratiquement pas. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit col a une section circulaire et en se que ledit élément de fermeture comporte une jupe tubulaire qui vient 81 enfiler sur ledit col et qui se fixe à celui-ci. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément de fermeture comporte un panneau supérieur circulaire à partir duquel ladite jupe s'abaisses ledit panneau incluant des moyens pour former ledit joint avec une extrémité dudit col. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit panneau supérieur a une forme concave et s'avance vers ledit col. 6. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité comprennent un bourrelet annulaire formé sur la face inférieure dudit panneau supérieur circulaire. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'on applique ladite énergie ultrasonique vibrante en pressant une corne ultrasonique contre ledit élément de fermeture. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on maintient ladite corne appliquée contre ledit élément de fermeture après l'arrêt des vibrations afin de permettre à la surface d'étanchéité qui a été amollie ou fondue de se solidifier en épousant le contour de l'autre surface d'étanchéité. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'on applique les vibrations ultrasoniques au moyen de ladite corne pendant 0,1 à 0,5 seconde. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'on maintient ladite corne appliquée contre ledit élément de fermeture pendant 0,05 à 1 seconde après l'arrêt des vibrations ultrasoniques. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ladite corne est un organe tubulaire creux. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ltélément de fermeture comporte des moyens élastiques pour presser sa surface d'étanchéité contre celle dudit col. 13. Récipient comportant un élément de fermeture caracterisé en ce que le joint d'étanchéité entre le col dudit récipient et l'élément de fermeture a été réalisé par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.