Brevet FR2462989A1 — publié le 19810220

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un récipient en forme de bouteille en polyester saturé, et plus particulièrement un procédé de fabrication d'un récipient en forme de bouteille présentant une très grande résistance mécanique, un très faible degré de déformation avec le vieillissement et aux températures élevées, et une stabilité dimensionnelle avantageuse. Un récipient à paroi mince transparente, moulé par soufflage, en matière plastique à orientation biaxiale, est produit par la mise en oeuvre d'un procédé consistant à chauffer une pièce ou ébauche cylindrique dont le fond est réalisé en polyester saturé, par exemple en téréphtalate de polyéthylène, à des températures comprises entre le point de transition vitreuse et la température de cristallisation, à charger la pièce chauffée dans une machine rotative entièrement automatique de moulage par soufflage, du type à postes multiples, au moyen d'un dispositif de chargement, et donner une orientation biaxiale, dans les directions latérales et longitudinales, à la pièce placée dans le moule de soufflage.Entant donné que le récipient en polyester saturé à orientation biaxiale présente une grande transparence, une faible perméabilité à l'eau et au gaz et une absence de toxicité, il convient à des applications très diverses dans les domaines des condiments liquides, des boissons douces, des boissons alcoolisées, etc. Cependant, le récipient en polyester saturé à orientation biaxiale est conçu de manière que sa chaîne molécul aire et ses microcristaux améliorent la résistance mécanique et l'imperméabilité aux gaz, tout en permettant simultanément le maintien d'un contrainte importante à l'intérieur de la paroi de ce récipient. Lorsque la contrainte de vieillissement est soumise à la température ambiante ou à une température supérieure à la température ambiante, par exemple à une température d'environ 70 C, elle tend à disparaître, ce qui provoque un retrait du récipient. Ce processus de retrait a lieu également dans le récipient au cours de son refroidissement, après sa sortie du moule, ce qui soulève une grande difficulté pour donner à ce récipient une bonne stabilité dimensionnelle. L'invention concerne un procédé de fabrication d'un récipient en forme de bouteille en polyester saturé, qui consiste à charger une pièce cylindrique, dont le fond est chauffé, à une température permettant d'obtenir une orientation lors du moulage par soufflage, dans un moule dont la dimension est réglée en fonction du retrait affectant le récipient lors de son refroidissement, après que la pièce a été moulée par soufflage et alors qu'elle est déchargée du moule, à conférer une orientation biaxiale, dans des directions latérale et longitudinale, à la pièce placée dans le moule de soufflage, puis à faire porter étroitement la surface extérieure de la paroi du corps du récipient contre la paroi intérieure du moule maintenue à une température de l'ordre du point de transition vitreuse, pendant au moins 5 secondes, afin de fixer thermiquement le récipient moulé par soufflage pour qu'il aèquière une bonne stabilité dimensionnelle. Entant donné que le récipient ainsi fabriqué selon le procédé de l'invention présente, comme décrit plus en détail ci-après et après qu'il a été déchargé du moule de soufflage, un très faible degré de déformation avec le vieillissement à la température ambiante et à des températures supérieures, par exemple à des températures d'environ 70 C, et étant donné qu'il présente è'galement une bonne stabilité dimensionnelle, il n'existe aucun risque de diminution de sa valeur commerciale par déformation après le moulage par soufflage, et ce récipient peut être fourni aux consommateurs sans risques. Il est nécessaire d'utiliser un moule d'orientation par soufflage dont les dimensions sont réglées en fonction du retrait se produisant lors du refroidissement naturel, après le déchargement du récipient du moule, car le récipient, qui s'est fixé thermiquement et auquel une orientation biaxiale a été conférée, se rétracte considérablement à la température de durcissement et pendant la durée du durcissement, après son déchargement du moule de soufflage, de sorte que la capacité peut varier par rapport à celle calculée en fonction du retrait se produisant à la sortie du moule. La température de durcissement est généralement d'autant plus élevée et la durée du durcissement est d'autant plus courte que le retrait du récipient ainsi orienté, fixé thermiquement et refroidi, au moment du déchargement, est grand. Plus particulièrement, attendu qu'il a été confirmé que le retrait du récipient, fixé thermiquement pendant environ 8 secondes, est d'environ 4,3 % à une température d'environ 700C, de 0,6 % à une température d'environ 800C et d'à peu près 5,3 % à une température d'environ 900C, il faut utiliser un moule d'orientation par soufflage ayant une dimension permettant d'annuler des retraits qui varient avec la durée et la température de durcissement. Le procédé de l'invention permet donc de fabriquer un récipient en forme de bouteille présentant de plus grandes #possibilités de stabilité dimensionnelle, sans retrait important, avec le vieillissement, à la température ambiante, par simple détermination de la dimension du moule de soufflage en tenant compte du retrait du moule se produisant pendant le durcissement, lors du moulage par soufflage du récipient. Lorsqu'un récipient en forme de bouteille de 1 litre et d'un poids de 40 grammes, réalisé en téréphtalate de polyéthylène, par exemple, est moulé par soufflage de manière à recevoir une orientation biaxiale, les dimensions du moule de soufflage sont établies de manière que la capacité de ce moule soit modifiée d'environ 6 %, ce taux étant obtenu par addition d'environ 2 % de retrait de durcissement thermique à environ 4 % de retrait du moule.Ensuite, lorsque la pièce de téréphtalate de polyéthylène a reçu son orientation biaxiale, elle doit être maintenue à une tempé- rature comprise entre le point de transition vitreuse, qui est d'environ 70 C, et la température de cristallisation qui est d'environ 1300C. Plus particulièrement, le moule de soufflage est maintenu à une température comprise entre 70 et 1300C, avantageusement entre 80 et l000C et de préférence entre 85 et 95 C, et le récipient moulé par soufflage est soumis à un durcissement thermique, à l'intérieur du mouler pendant une durée comprise entre S et 10 secondes, avant d'être déchargé du moule.Dans le cas où la durée de durcissement thermique est inférieure à 5 secondes, le récipient ne peut acquérir une bonne stabilité dimensionnelle, et si la durée du durcissement thermique est supérieure à 10 secondes, elle s'avère désavantageuse pour le cycle de moulage des récipients. L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'un récipient en forme de bouteille en polyester saturé. Selon le procédé de l'invention, il est aisé de donner à ce récipient une paroi mince et transparente et de bonnes propriétés mécaniques par une orientation biaxiale. Le récipient produit par le procédé de l'invention présente une très faible déformation au vieillissement et un très faible degré de déformation aux températures élevées, ainsi qu'une stabilité dimensionnelle avantageuse. Le procédé de l'invention met en oeuvre un moule d'orientation biaxiale par soufflage, dont les dimensions sont déterminées en tenant compte du retrait se produisant pendant le durcissement thermique, le retrait considéré étant le retrait du moule se produisant lors du moulage par soufflage du récipient. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels - - la figure 1 est une élévation, avec demi-coupe axiaie,d'unepièce destinée à la réalisation d'un récipient en forme de bouteille dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention - la figure 2 est une coupe axiale partielle de la pièce représentée sur la figure 1, fixée à un gabarit mis en oeuvre dans le procédé de l'invention - la figure 3 est une coupe axiale partielle du moule d'orientation par soufflage, ce moule étant représenté dans la position qu'il occupe pendan-t qu'il confère une orientation biaxiale à la-pièce la pièce - la figure 4 est un graphique indiquant la hauteur totale et la capacité (capacité de débordement) en fonction du temps de durcissement thermique du récipient de 1 litre, 30 minutes après qu'une orientation biaxiale a été conférée à ce récipient par moulage par soufflage - la figure 5 est un graphique indiquant la hauteur totale et la capacité en fonction du temps de durcissement thermique du récipient de 1 litre rempli d'eau à température élevée ; et - la figure 6 est un graphique indiquant la hauteur totale et la capacité en fonction du temps de durcissement thermique du récipient laissé en position debout dans l'air ambiant à 400C et à 75 % d'humidité relative. Les figures, et plus particulièrement la figure 1, représentent une pièce à partir de laquelle un récipient en forme de bouteille doit être fabriqué par la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments sur les différentes figures. La pièce 10 est réaliséeen polyester saturé, par exemple en téréphtalate de polyéthylène ayant une viscosité intrinsèque supérieure à 0,55. A cet effet, on met en oeuvre un procédé de moulage d'une ébauche extrudée ou un procédé de moulage d'une ébauche injectée.La pièce 10 est mise en forme de manière à être cylindrique, à comporter un fond et à avoir une épaisseur relativement grande dans son ensemble, et elle comporte un tronçon extrême 12 formant goulot, présentant une ouverture et dont vltépaisseur est supérieure à celle du corps Il de cette pièce, un bourrelet 13 préalablement fini étant formé à une faible distance du tronçon ex trêve 12 de manière à être adjacent au corps 11. La figure 2 montre la pièce 10 fixée en position retournée sur un gabarit ou montage 15. Ce gabarit 15 est destiné à maintenir de manière amovible la pièce ou le récipient en forme de bouteille au cours des opérations consistant à chauffer cette pièce, à la charger dans le moule de soufflage d'une machine de moulage par soufflage et d'orientation totalement automatique (non représentée) à postes multiples tournants, à mouler la pièce par soufflage afin de lui conférer une certaine orientation, à décharger le récipient en forme de bouteille ainsi formé et à l'évacuer. Le gabarit 15 comprend un mandrin cylindrique 16, un disque circulaire 17 relié à l'extrémité supérieure du mandrin 16 avec lequel il est réalisé d'une seule pièce, un support 18 destiné à maintenir le tronçon extrême de la pièce 10 formant le goulot, un élément 19 de guidage de noyau en résine synthétique résistant à la chaleur et à l'usure, par exemple en résine au fluor, disposé à l'intérieur du support 18, et un axe 20 de noyau pouvant s'élever à l'intérieur du mandrin 16. Le support 18 soutient le tronçon extrême 12 formant le goulot de la pièce 10 par son bord extérieur et il repose sur la surface supérieure du disque 17 par l'intermédiaire d'une plaque 21 d'isolation thermique.L'axe 20 de noyau comporte un embout supérieur 22 en forme de cône renversé ou de forme sphérique, réalisé en matière d'isolation thermique, par exemple en résine au fluor, destiné à s'opposer à la conduction de la chaleur provenant de la pièce 10 et à l'adhérence du fond de cette pièce 10 à cet embout lorsque ladite pièce 10 est orientée longitudinalement alors que l'axe 20 est en position d'extension. L'axe 20 présente, à son extrémité inférieure, une ouverture 23 en forme de T et des évents 25 en forme de cannelures formés dans la surface périphérique de l'axe, ces évents partant vers le haut des embouchures 24 du trou 21. Un élément 26 de maintien d'une buse est également fixé à l'extrémité inférieure de l'axe de noyau.Comme représenté sur la figure 3, le mandrin 46 présente un trou 27 destiné au passage d'une tige cylindrique 28 pendant l'opération consistant à conférer une orientation longitudinale à la pièce placée R l'intérieur de la machine de moulage par soufflage. La figure 3 montre la pièce 10 orientée longitudinalement, puis orientée latéralement dans le moule 29, de manière que cette pièce 10 soit moulée par soufflage pour former un récipient 30 en forme de bouteille. Etant donné que la structure cristalline de la pièce 10 augmente suivant un phénomène appelé "blanchiment" lors du refroidissement progressif après l'opération de moulage pour diminuer ainsi la transparence, la pièce doit être refroidie rapidement de la température de moulage à la température ambiante. Dans le procédé de fabrication du récipient en forme de bouteille en polyester saturé, la pièce 10, moulée par injection en polyester saturé, est placée dans le moule 29 porté à la température d'orientation permettant de mouler la pièce 10 par soufflage et une orientation biaxiale est conférée à cette pièce qui est ensuite fixée thermiquement au cours de la phase finale de l'orientation par mise en contact, pendant 5 secondes ou plus, de la surface extérieure de la paroi du récipient 30 avec la surface intérieure 31 de la paroi du moule 29.Il est nécessaire de porter la pièce 10 à une température comprise entre le point de transition vitreuse du polyester saturé, de préférence égal à environ 70 C, et la température d'orientation permettant d'orienter les molécules, cette température étant inférieure au point de fusion qui est de préférence égal à environ 1300C, et il est également nécessaire de chauffer le moule 29 à une température comprise dans la même plage, entre le point de transition vitreuse du polyester saturé et la température d'orientation, afin de fixer thermiquement le récipient 30 formé à partir de la pièce 10 dans le cas où cette dernière est chargée dans le moule 29 de soufflage et où elle reçoit une orientation biaxiale dans ce moule 29. Le récipient 30 en forme de bouteille est réalisé à partir de la pièce 10 au cours d'opératione consistant à charger cette pièce 10, portée à la température d'orientation et supportée par le gabarit 15, dans le moule 29 de soufflage, à élever la tige cylindrique 28 pour faire avancer l'axe 20 de noyau afin d'orienter longitudinalement la pièce 10 suivant un coefficient compris entre environ 1,4 et 2,5, et à introduire à l'intérieur de la pièce 10 de l'air comprimé provenant de l'intérieur de la tige cylindrique 28 et passant par le trou 23 en forme de T et dans les évents 25, afin de donner à cette pièce 10 une orientation latérale d'un coefficient égal à environ 2, pour mouler le récipient 30 en forme de bouteille comme montré sur la figure 3. Le corps, le fond et l'épaulement du récipient 30 sont ainsi dilatés de manière à pouvoir entrer en contact avec la surface intérieure 31 de la paroi du moule 29 pendant 5 secondes ou plus, ce qui permet le fixage thermique de ces parties, et le récipient 30 est ensuite déchargé du moule 29 par ouverture de ce dernier afin que le récipient 30 puisse en être retire. Il convient de noter que, dans le cas où le moule 29 est porté à une température supérieure à la limite supérieure de la température d'orientation au moment du fixage thermique du récipient 30, un phénomène dit de blanchiment apparaît au fond ou à toute autre partie analogue du récipient 30, alors que l'orientation est presque nulle. Par contre, si le moule 29 n'est pas porté au point de transition vitreuse du polyester saturé, le récipient 30 ne peut être fixé thermiquement afin de permettre l'élimination de ses contraintes. Il convient également de noter que dans le cas où le récipient 30 n'est pas placé en contact suffisant avec la surface intérieure de la paroi du moule 29, c'est-à-dire pendant une durée inférieure à 5 secondes, il ne peut être suffisamment débarrassé de ses contraintes. Le moule 29 présente également des canaux 32 permettant le passage d'un milieu chauffant (liquide) qui permettent d'obtenir une température prédéterminée de fixage thermique par circulation de ce liquide dans le moule. Par conséquent, le récipient 30, suffisamment orienté et fixé thermiquement pendant plus de 5 secondes, est ensuite déchargé du moule 29 tout en conservant sa haute température, sans se déformer, et il est refroidi ensuite tel quel Cependant, la partie n'ayant pas été suffisamment orientée, par exemple le fond du récipient 30, est déformée. Pour empêcher ce défaut partiel atteignant cette partie du récipient 30 au cours de l'opération de fixage thermique, un canal 34 est réalisé dans la bague 33 de fond, comme montré sur la figure 3, afin de permettre la circulation d'un fluide de refroidissement indépendamment du fluide circulant dans les canaux 32.Plus particulièrement, seule la bague 33 de fond est refroidie lors du déchargement du récipient 30 du moule 29, ce qui empêche la déformation partielle du récipient 30 en provoquant son durcissement lors du refroidissement. EXEMPLE Une pièce cylindrique en téréphtalate de polyéthylène, comportant un fond, est moulée par la mise en oeuvre d'un procédé de moulage par injection permettant d'obtenir une ébauche. Après que cette pièce a été portée à une température d'orientation de 95 C, elle est chargée dans un moule de soufflage de 225 mm de hauteur et de 1- litre de capacité, ce moule étant chauffé à la température de fixage thermique qui est de 86 C. On confère à la pièce une orientation biaxiale en faisant avancer l'axe de noyau et en insufflant de l'air comprimé à l'intérieur du moule, pour obtenir ainsi un récipient en forme de bouteille, à paroi mince et transparente.Trois types de récipient sont moulés en utilisant des durées de fixation thermique égales respectivement à 6, 8 et 10 secondes, La durée du fixage thermique, au cours de laquelle un contact est réalisé entre la surface extérieure de la paroi de la pièce et la surface intérieure de la paroi du moule, est considérée comme étant sensiblement égale à la durée du soufflage dans ce procédé de fabrication du récipient en forme de bouteille. Les hauteurs et capacités totales des récipients ainsi obtenus, 30 minutes après l'achèvement de leur fabrication, sont indiquées respectivement en millimètres et en centimètres cubes sur le graphique de la figure 4. Lorsque la durée du fixage thermique est portée de 6 secondes à 10 secondes, la hauteur et la capacité du récipient augmentent comme montré de manière évidente sur le graphique. Les hauteurs et capacités totales des récipients des trois types indiqués précédemment sont montrées sur la figure 5 sous la forme de la différence entre les valeurs mesurées après que les récipients ont été laissés à la température ambiante pendant 2 heures, après avoir été remplis d'eau à 70 C, 30 minutes après la fin du procédé de moulage par soufflage, et celles mesurées avant le remplissage des récipients avec de l'eau chaude. Les hauteurs et capacités totales des récipients des trois types indiqués précédemment sont montrées sur la figure 6 sous la forme de la différence entre les récipients maintenus dans un four à 400C et à 75 % d'humidité relative pendant une période supplémentaire de 1 à 5 jours, 30 minutes après la fin du procédé de moulage par soufflage, les mesures étant alors effectuées à ce moment, et les valeurs mesurées avant que les récipients soient mis en place dans le four. Il apparaît de manière évidente, sur la figure 5, que le récipient en forme de bouteille en polyester saturé ainsi obtenu par la mise en oeuvre du procédé de l'invention présente des propriétés supérieures en ce qui concerne sa stabilité dimensionnelle aux températures élevées, ainsi qu'une durée de vie suffisante lorsqu'il a été rempli de liquide à une température de 70 C. La figure 6 montre également de manière évidente que le récipient obtenu par le procédé de l'invention présente une très faible déformation avec le vieillissement, ainsi qu'une stabilité dimensionnelle supérieure. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Procédé de fabrication d'un récipient en forme de bouteille en polyester saturé à partir d'une pièce cylindrique en polyester saturé comportant un fond qui est porté à une température comprise entre la température de transition vitreuse du polyester et la température d'orientation de ce polyester, la réalisation du récipient consistant à donner une orientation biaxiale à la pièce dans un moule de soufflage, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à porter la pièce à une température comprise entre 700 et 1300C environ, à charger la pièce dans le moule de soufflage porté à une température comprise sensiblement entre la température de transition vitreuse du polyester saturé et la température d'orientation permettant de fixer ther miquement le récipient, à mouler la pièce par soufflage en lui conférant une orientation longitudinale, puis une orientation latérale, à l'intérieur du moule, pour réaliser le récipient en forme de bouteille, à fixer thermiquement le récipient dilaté au cours du moulage, ce fixage étant obtenu par mise en contact de la paroi extérieure du récipient avec la paroi intérieure du moule maintenu à la température d'orientation, pendant au moins 5 secondes, et à refroidir la bague de fond du moule pendant la durée du fixage thermique, et ouvrir ensuite le moule pour en décharger le récipient ainsi moulé. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule est réalisé de manière que ses dimensions soient réglées pour s'opposer au retrait du récipient se produisant pendant le refroidissement après le déchargement dudit récipient moulé par soufflage. 3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule est réalisé de manière que sa capacité soit réglée avec une tolérance d'environ 6 % obtenue par l'addition d'environ 2 % de retrait se produisant lors du fixage thermique à environ 4 % du retrait du moule. 4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule comprend un gabarit comportant un mandrin cylindrique, un disque circulaire réalisé d'une seule pièce avec le mandrin, un support destiné à maintenir le tronçon extrême, formant goulot, de la pièce, un élément de guidage de noyau disposé à l'intérieur du support et un axe de noyau pouvant s'élever à l'intérieur du mandrin.