Brevet FR2483324A1 — publié le 19811204

CAS 4 La présente invention concerne une préforme en matière thermoplastique, propre à être trans- formée en un récipient, et plus précisément, une préforme constituée d'un certain nombre de pré- formes partielles s'adaptant les unes dans les au- tres, un certain nombre de couches de protection étant portées sur les préformes partielles. Il était déjà connu de fabriquer des réci- pients de matière synthétique thermoplastique, ces récipients pouvant résister à la pression intérieure qui nalt par exemple lors de la conservation de boissons contenant du gaz carbonique, notamment des boissons telles que des limonades et de la bière. Dans l'emploi du poly(téréphtalate d'éthylène), appelé ci-après PET, il est possible de fabriquer les récipients avec des parois relativement minces. De tels récipients de PET à parois minces présen- tent, toutefois, dans une certaine mesure, une per- méabilité aux gaz, par exemple au gaz carbonique. L'oxygène de l'ambiance, tout comme la lumière, peuvent également traverser les parois. Ces circons- tances ont un effet défavorable sur le goût du contenu du récipient. Dans maints cas d'application, on désire donc souvent que le récipient comporte une couche de protection qui ne permette qu'un passage très limité de gaz ou de lumière. Il existe une série de procédés connus, différents, pour munir des récipients de telles couches. Des exemples en sont offerts par l'apport d'une couche de protection sur le récipient fini,la coextrusion d'une ébauche dont une couche contient une matière protectrice, ou l'apport d'une couche de protection intérieure ou extérieure sur la préforme. L'emploi d'une couche de protection est nécessaire dans bien des cas, de sorte qu'on a développé une série de procédés dans lesquels on porte sur la préforme, avant de la transformer en récipient, une couche de protection de l'épaisseur nécessaire. - Dans les cas d'application dans lesquels des couches de protection étaient prévues sur les surfaces extérieures du récipient, il est apparu que le gaz carbonique, lors de la conservation de boissons en contenant, traverse les récipients, la couche de protection ayant tendance à se détacher de la surface extérieure de la paroi du récipient. Dans certains cas d'application, de telles détério- rations de la couche conduisent à une dégradation inadmissible des propriétés de protection du réci- pient. Les couches peuvent, bien entendu, être détériorées aussi par d'autres actions mécaniques extérieures. Dans le cas de couches de protection affec- tant la surface intérieure du récipient, on éprouve, dans certaines applications, des difficultés à trouver des substances protectrices qui satisfassent aux prescriptions légales concernant la conservation des aliments ou des produits pharmaceutiques, et qui soient sans influence sur le goût et sur d'au- tres propriétés lors de la conservation des produits. On a donc développé des solutions suivant lesquelles les couches de protection sont incorpo- rées à la paroi du récipient, o, comme on l'a déjà z0 dit plus haut, on emploie la technique de la coex- trusion d'un tube ou d'un tube souple dont les parois présentent une couche d'une matière protectrice, entourée de la matière des parois du récipient. On découpe le tube ou tube souple en tronçons de lon- -65 gueurs appropriées, on ferme une extrémité du tronçon 2.483324 considéré, et on transforme ensuite ce tronçon en récipient. On rencontre alors des difficultés à obtenir une fermeture dans laquelle la couche de protection demeure non détériorée. On éprouve des difficultés particulièrement grandes avec des cou- ches de protection minces. On désire très vivement pouvoir réemployer des matières synthétiques déjà utilisées, par exemple pour des récipients servant à contenir des aliments. Dans le cas du réemploi de matières synthétiques, il n'est, à bien des points de vue, pas judicieux de permettre à la matière synthétique réemployée de venir en contact avec le produit conservé dans les récipients, ceci étant particulièrement vrai pour un produit conservé du genre d'aliments. Pour empêcher ce contact direct entre de la matière syn- thétique déjà employée et récupérée, et le produit conservé dans le récipient, on a tenté d'employer des récipients faits d'une matière synthétique en couches, o la matière récupérée fût empêchée, par une couche de matière synthétique nouvelle, de venir en contact avec le produit contenu dans le récipient. On utilisait pour cela la technique précitée de la coextrusion. Les difficultés déjà évoquées en ce qui concerne le maintien d'une cou- che de protection inaltérée, lors de la fermeture d'un tube ou d'un tube souple extrudé, subsistent naturellement aussi lors de la fermeture d'un tube ou d'un tube souple extrudé dont la couche inté- rieure est faite de matière synthétique nouvelle qui forme la couche de protection, changeant un contact entre la matière synthétique récupérée et l'intérieur du récipient. La demande de brevet suédois No. SE 7705604- 2 se rapporte cependant à une préforme constituée d'un tube coextrudê que l'on a découpé en tronçons que l'on a fermés à une extrémité, et o la fermeture se fait de telle façon que la couche intérieure reste intacte. On y par- vient en comprimant la couche extérieure, lors de la fermeture, par la couche intérieure, et du fait que dans les parties centrales de la fermeture, la couche intérieure s'étend de la surface intérieure de la préforme à la surface extérieure de celle-ci. La présente invention concerne une préforme dans laquelle les défauts évoqués précédemment soient évités et qui, ainsi, d'une part, présente une cou- che de protection intacte et, d'autre part, aussi, des couches de matière intactes dans toutes les parties de la préforme. Les couches de matière in- tactes permettent ainsi un réemploi de la matière synthétique utilisée auparavant et assurent aussi que les différentes couches de matière du récipient formé à partir de la préforme satisfassent,dans toutes les parties du récipient, aux conditions im- posées au récipient en ce qui concerne la stabilité de sa forme, la pénétration des gaz, la pénétration de la lumière, etc. Suivant l'invention, on forme la préforme par l'adaptation d'une préforme partielle intérieure dans une préforme partielle extérieure, le diamètre extérieur de la préforme partielle intérieure n'étant que dans une faible mesure inférieur au diamètre intérieur de la préforme partielle extérieure. Dans une forme de réalisation de l'invention, la préforme partielle intérieure est faite d'une nouvelle matière et la préforme partielle extérieure est faite de la matière employée auparavant et récu- pérée. Dans une autre forme de réalisation de l'in- vention, on choisit la matière pour les deux pré- 4. formes partielles en prenant en considération les exigences formulées pour le récipient formé à par- tir de la préforme, en ce qui concerne la stabilité de forme, la pénétration des gaz, la pénétration de la lumière,-etc. Dans une forme de réalisation en variante de l'invention, la préforme est composée de plus de deux préformes partielles. Dans une autre forme de réalisation de l'in- vention, la matière est étirée en direction axiale au moins pour l'une des préformes partielles et elle 1t est - alors, de préférence, jusqu? une longueur correspondant en principe à la longueur du profil que présentera, en direction axiale, le récipient qui doit être formé de la préforme. Dans une autre forme de réalisation encore de l'invention, la surface intérieure et/ou la surface extérieure, pour un certain nombre de pré- formes partielles, sont pourvues d'une couche de protection avant que l'on ait composé la préforme ou des préformes partielles. L'emploi de deux préformes partielles qui constituent une préforme composée, lorsqu'une couche de protection se trouve entre les deux pré- formes partielles, apporte les avantages, entre autres, que lorsque le récipient est rempli, son contenu ne peut venir en contact direct avec la couche de protection du récipient et que la couche de protection, du fait qu'elle est incorporée à la paroi du récipient, n'a pas la possibilité de se détacher d'une quelconque des surfaces du récipient. Dans une forme de réalisation en variante de l'invention, les deux préformes partielles sont pourvues d'une couche de protection, une couche s'opposant à la pénétration de gaz et l'autre s'oppo- sant à la pénétration de la lumière, ou bien l'une des couches s'opposant à la pénétration de l'oxy- gène et l'autre s'opposant à la pénétration de gaz carbonique. Dans ce cas, la couche qui arrête l'oxy- gène sera apportée de préférence à la préforme partielle extérieure. Dans une autre variante encore de l'inven- tion, l'une des préformes partielles, de préférence la préforme partielle intérieure, est pourvue de deux ou de plusieurs couches de protection l'une au-dessus de l'autre. Par le fait que les couches de protection ont, lors de l'échauffement et du changement de forme qui lui fait suite pour trans- former la préforme composée en récipient, une bonne application contre les couches de matière et une incorporation sûre entre les couches de matière, la fonction des couches de protection est assurée. Il est possible aussi de munir la surface extérieure d'une des préformes partielles d'une impression et/ou d'un motif décoratif. L'exécution de l'impression et/ou du motif décoratif sera alors adaptée à l'étirage de la matière, qui a lieu lors- qu'on transforme ensuite la préforme en récipient. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, on étire la matière de la préforme ou des préformes partielles en direction axiale et à une température de départ se situant dans ou en dessous de la région de la température de transi- tion vitreuse (Tg) de la matière. L'étirage de la matière se fait de préférence alors par un procédé mécanique dans lequel les préformes traversent un ou plusieurs anneaux d'étirage qui réduisent l'é- paisseur de paroi des préformes et ainsi aussi les diamètres extérieurs des préformes.Un tel procédé d'étirage est décrit dans la demande de brevet suédois No. SE 8004003-3. Par l'orientation méca- nique, on peut ainsi obtenir de façon simple, pour la préforme partielle intérieure, un diamètre ex- térieur que l'on puisse adapter exactement au dia- mètre intérieur de la préforme partielle exté- rieure et aux changements dimensionnels condition- nant l'apport de la couche de protection sur les préformes partielles. On donnera ci-après une description plus détaillée de l'invention en se référant aux dessins joints au présent mémoire, sur lesquels: - les figures la et lb sont des coupes lon- gitudinales de préformes partielles; - la figure le est une coupe longitudinale d'une préforme composée de préformes partielles suivant les figures la et lb; - les figures 2a et 2b sont des coupes lon- gitudinales de pr4formes partielles étirées axia- lement; - la figure 2c est une coupe longitudinale d'une préforme composée des préformes partielles suivant les figures 2a et 2b; - les figures 3a et 3b sont des coupes lon- gitudinales de préformes partielles pourvues d'une couche de protection et étirées axialement; - la figure 3c est une coupe longitudinale d'une préforme composée des préformes partielles suivant les figures 3a et 3b; la figure Ad est un agrandissement de la *30 région A de la figure 3c. Aux figures la et lb, on voit une préforme partielle 10a et une préforme partielle 10b, pour- vues chacune d'une partie d'embouchure 22a,22b et d'une partie de fond fermée 25a,25b. Les deux pré- formes partielles sont fabriquées par un procédé quelconque, par exemple par moulage par injection,ou par extrusion. Dans ce dernier cas, on forme en principe la partie de fond fermée par un processus de formage particulier. A la figure lc, on a montré comment les deux préformes partielles 10a, l0b sont composées pour en former une préforme partielle 11. Pour per- mettre cela, le diamètre intérieur de la préforme partielle l0b est un peu plus grand que le diamètre extérieur de la préforme partielle 10a. De même, les longueurs des deux préformes partielles sont accordées l'une à l'autre. Les figures la, lc ne sont pas parfaitement correctes à ce point de vue, quant aux mesures. Aux figures 2a, 2b, on voit une préforme partielle étirée axialement, l6a, et une préforme partielle étirée axialement, 16b. La préforme par- tielle 16a est dimensionnée de telle sorte qu'elle s'adapte dans la préforme partielle 16b et les deux préformes partielles ont une partie d'embouchure 21a,21b et une partie de fond fermée 24a,24b. Les deux préformes partielles 16a,16b sont produites par changement de forme de préformes partielles qui sont en règle générale faites de ma- tière amorphe. Les deux préformes partielles 10a,10b dont il a été question précédemment, constituent des exemples pour de telles préformes partielles. Lors du changement de forme, la partie cylindrique de la préforme partielle s'allonge par un processus d'étirage, avec diminution simultanée de l'épaisseur de paroi. Ceci se produit de préférence lorsqu'on fait passer la préforme partielle, par exemple l'une des préformes partielles 10a,lOb examinées précédem- ment, par un ou plusieurs anneaux d'étirage dont le diamètre intérieur est plus petit que le diamètre de la préforme partielle avant son passage par les anneaux d'étirage. Pour former l'ébauche partielle étirée axialement suivant la figure 2a, on complète le processus d'étirage précité en étirant la matière dans la partie de fond aussi de la préforme partielle. A la figure 2c, on montre comment on a com- posé une préforme 18 à partir des deux préformes partielles 16a,16b. Pour permettre cela, le diamètre intérieur de la préforme partielle 16b est un peu plus grand que le diamètre extérieur de la préforme partielle 16a. De même2 les longueurs des deux pré- formes partielles sont accordées l'une avec l'autre, Aux figures Za à ld, on a représenté une forme de réalisation de lvinvention dans laquelle deux préformes partielles, après étirage axial exé- cuté de la manière décrite ci-dessus, forment des préformes partielles étirées 13a,13b qui sont de dimensions telles qu'elles s'adaptent l'une dans l'autre. Après introduction de la préforme par- tielle la plus petite, 13a, dans la préforme partielle plus grande 13b, les deux préformes par- tielles forment une préforme partielle composée 15. La préforme partielle la plus petite 13a est pour- vue, comme montré aux dessins, d'une couche -de protection extérieure 14a et la préforme partielle plus grande 13b est pourvue d'une couche de pro- tection intérieure 14b. De cette façondans la préforme composée, il y a, au passage entre les deux préfor- mes partielles, une région constituée des deux cou- ches de protection 14a,14b. Dans l'emploi des deux préformes partielles décrites ci-dessus pour fabriquer les récipients, on chauffe la matière de la préforme composée à la température de formage et la transformation en ré- cipient a lieu ensuite. Il est possible, bien entendu, avant de transformer la préforme envisagée en un récipient, de munir la partie d'embouchure de la préforme considérée, des organes de fermeture nécessaires pour le futur récipient, par exemple de filets. De même, il est possible, suivant l'in- vention, de prévoir des parties de préformes qui ont été munies de telles dispositions de fermeture avant l'étirage axial. Suivant ce qui a été exposé plus haut, l'éti- rage axial des préformes se fait en faisant tra- verser par celles-ci des anneaux d'étirage de dia- mètres graduellement décroissants.L'invention peut s'appliquer, bien entendu, aussi à des processus de fabrication dans lesquels l'étirage axial des préformes se fait par d'autres moyens. Pour la forme de réalisation dans laquelle des préformes partielles étirées axialement forment une préforme étirée axialement, composée, il s'impose naturelle- ment que les procédés d'étirage employés donnent des préformes ayant les tolérances nécessaires pour une adaptation des préformes partielles ltune dans l'autre. Par l'apport des couches de protection sur des préformes étirées axialement, les couches de protection viennent se placer sur une surface qui, pour des récipients finis de mêmes grandeurs, est plus grande que dans le cas de la technique employée jusqu'à présent, dans laquelle on munissait de couches de protection des préformes non étirées. Dans l'emploi du PET, par exemple, on vise, dans beaucoup de cas d'application, à produire une orien- tation biaxiale de la matière, la matière étant étirée au minimum au triple de sa dimension, dans l'une des directions axiales. De cette façon, la matière acquiert, entre autres, les propriétés mécaniques nécessaires pour le cas particulier. Un étirage de la matière au triple de sa dimension, dans les deux directions axiales, en- tramne le fait que la surface de la préforme se situe dans un rapport d'à peu près 1:9 avec la surface du récipient, ce qui signifie à son tour que l'épaisseur d'une couche de protection apportée sur la préforme partielle diminue dans la même mesure. Dans certains cas d'application, les pro- priétés nécessaires sont obtenues par un étirage monoaxial au triple environ de la dimension, et par un étirage consécutif moindre transversalement. Dans les cas d'application o l'on a employé les rapports d'étirage qui viennent d'être considérés, certaines formes de réalisation de l'invention entraînent le fait que la couche de protection di- minue au maximum au tiers, ce qui entraîne à son tour l'avantage que la couche de protection de la préforme ne doit pas être réalisée de même épaisseur que dans l'application de la technique utilisée jusqu'à présent. Comme l'apport de cou- ches de protection épaissesconstitue une phase plus difficile dans la fabrication de récipients, l'in- vention apporte une simplification importante du processus de fabrication. Notamment lors de l'emploi d'une préforme composée, il est avantageux, dans certains cas d'ap- plication, de faire se produire un durcissement ul- térieur de la couche de protection ainsi que de per- mettre sa liaison à la matière de la préforme par- tielle, après que les deux préformes partielles aient été placées l'une dans l'autre. Par le fait que les couches de protection ne durcissent qu'après compénétration des deux préformes partielles et, de préférence, en rapport avec l'échauffement de la préforme partielle à la température de formage de la matière, on obtient une bonne application des couches de protection l'une à l'autre. Même lors- qu'on n'emploie qu'une couche de protection, le procédé précité assure une bonne application à la matière de la préforme partielle qui ne porte pas de couche de protection. Suivant l'invention, on apporte une ou plusieurs couches de protection sur la préforme considérée, en la plongeant dans une solution qui contient la matière de protection. Dans des formes de réalisation en variante, on projette la matière de protection sur la préforme. L'idée inventive comprend naturellement l'emploi d'autres processus d'apport. Même lorsque les formes de réalisation de l'invention envisagées dans'la partie générale de la description n'ont pas été éclaircies séparément à la suite de la description individuelle, il doit apparaître clairement, d'après la description in- dividuelle, que toutes les formes de réalisation se trouvent dans le cadre des variantes de préfor- mes (composées de préformes partielles) qui sont décrites à propos des figures 1 à 3. Normalement, le degré de cristallisation, dans une préforme partielle de poly(téréphtalate d'éthylène) doit avoir une valeur maximale d'environ % lorsqu'un changement de forme ultérieur de la préforme doit avoir lieu. De préférence, cependant, on permet au degré de cristallisation de prendre une valeur de l'ordre de 10 à 25 %, le.degré de cristallisation apparaissant par l'orientation monoaxiale, s'élevant à environ 17 % au maximum. Les valeurs du degré de cristallisation in- diquées dans la présente demande de brevet se 1 3 rapportent à la théorie exposée dans la publica- tion '' Die Makromolekulare Chemie '' 176, 2459- 2465 (1975). La description qui précède concerne des préformes tubulaires de section transversale ronde. Il appartient bien entendu au domaine de l'inven- tion de s'étendre aussi à des préformes tubulaires ayant d'autres formes en section transversale. On connalt dans l'industrie un grand nombre de matières du type polyester ou polyamide ayant des propriétés semblables à celles du poly(tér6- phtalate d'éthylène). L'invention en elle-même s'applique aussi, totalement ou partiellement, à ces matières, les réductions d'épaisseur et les températures devant être adaptées aux conditions spécifiques de chaque matière. Des exemples de matières auxquelles lîin- vention, dans l'adaptation envisagée ci-dessus, est applicable sont offets par le polyhexaméthylène- adipamide, la polycaprolactame, le polyhexaméthylène- sébaçamide, le polyéthylène-2,6 et 1,5-naphtalate, le polytétraméthylène-1,2-dioxybenzoate et les copo- lymères de l'éthylène-téréphtalate, de l'éthylène- isophtalate et d'autres polymères analogues. REVENDICATIONS 1.- Préforme de matière thermoplastique convenant pour la transformation en un récipient, caractérisée en ce que la préforme (11,15,18) est formée d'un certain nombre de préformes partielles séparées (10,13,16) s'adaptant l'une dans l'autre, chaque préforme partielle comportant une partie d'embouchure (20,21,22) et une partie de fond fer- mée (23,24,25). 2.- Préforme suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chaque préforme partielle (10,13,16) est faite d'une matière thermoplastique choisie en prenant en considération les conditions particulières imposées en ce qui concerne la sta- bilité de forme, la pénétration de gaz, la pénétra- tion de lumière, etc., au récipient à former à par- tir de la préforme. 3.- Préforme suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la préforme (11,15,18) se compose de deux préformes partielles, la préforme partielle extérieure (lOb, 13b,16b) se composant de matière synthétique em- ployée antérieurement et récupérée. 4.- Préforme suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la matière, dans un certain nombre de préformes par- tielles (13a,13b; 16a,16b) est étirée en direction axiale à une longueur qui correspond, en principe, à la longueur du profil que présente, en direction axiale, le récipient à former à partir de la pré- forme. 5.- Préforme suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la préforme est pourvue d'un certain nombre de couches de protection (14a, 14b), chaque couche de protection constituant un recouvrement de la surface intés rieure ou de la surface extérieure d'une ou de plu- sieurs préformes partielles (13a,13b). 6.- Préforme suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les couches de protection (14a,14b) sont entourées de la matière des pré- formes partielles. 7.- Préforme suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la préforme ou les préformes partielle(s) de la pré- forme est(sont) constituée(s) de poly(téréphtalate d'éthylène) ou d'une matière thermoplastique com- parable et en ce que, dans le cas du poly(téréphta- late d'éthylène), les parties des préformes par- tielles qui sont étirées et par là orientées, ont un degré de cristallisation d'au maximum 50 % en- viron, et de préférence de l'ordre de 10 à 25 %, et o le degré de cristallisation apparaissant dans la matière par l'orientation monoaxiale s'élève à 17 % au plus.