Brevet FR2492340A1 — publié le 19820423

Récipient en matière plastique auto-supporté pour liquides La présente invention concerne la fabrication de bou- teilles ou récipients en matières thermoplastiques pour contenir des fluides sous pression, par exemple des boissons gazeuses ou analogues. On a mis au point récemment diverses matières thermo- plastiques qui sont capables d'empécher la migration du gaz carbonique (C02) à travers leur masse ou auxquelles on peut donner des configurations appropriées de récipients par moulage au soufflé. De telles matières comprennent le téréphtalate de polyéthylène ou PET; ou bien des résines à base de nitrile connues sous la dénomination de "LOPAC", une marque enregistrée de la Monsanto Company; ou bien encore des monomères contenant des groupes nitriles du type décrit dans le brevet U.S. NO 3 873 660. Une telle bouteille ou récipient comprend, d'une façon générale, une partie formant épaule munie d'un goulot destiné à recevoir un bouchon, une paroi latérale ou partie formant corps principal, et une paroi de fond raccordée k la paroi latérale. Les bouteilles retenant la pression ont, d'une façon générale, un contour global cylindrique mais la présente invention peut être appliquée à des bouteilles ayant un contour autre qu'un contour cylindrique. Pour simplifier la description, les termes - tels que "cylindrique", "annulaire", etc. sont utilisés ici, mais il est bien entendu que ces termes sont donnés à titre purement illustratif et non limitatif au sens géométrique de ces termes. Un problème principal que l'on rencontre dans le mou- JO lage au soufflé des matières thermoplastiques pour former des bouteilles ou des récipients capables de retenir du C02 ainsi que d'autres gaz sous pression réside dans la présence d'une forme de fond capable de servir de support à la bouteille tout en résistant à une déformation sous l'effet de la pression en donnant ainsi un récipient qui est stable du point de vue dimensionnel. Une forme de fond appropriée est une forme simple, hémisphérique vers l'extérieur. Toutefois, un récipient utili- sant un fond de forme hémisphérique nécessite évidemment un support périphérique extérieur appliqué séparément pour permet- tre au récipient de se tenir debout. Une forme moins coûteuse et plus pratique est obtenue par l'inversion de la forme exté- rieurement hémisphérique en une forme extérieurement concave, c'est-àdire la forme d'un fond de bouteille de champagne. La région de transition située à la jonction de la paroi latérale cylindrique de la bouteille avec le fond concave inversé forme une bague d'appui ou d'assise sur laquelle la bouteille est sup- portée dans une position verticale. Un effort important a été consacré à la conception des fonds concaves inversés de ce type et on a mis au point un grand nombre de procédés de moules différents. Pour réduire la caractéristique de fluage des matières polymères sous l'effet de la pression intérieure, on oriente la matière pendant la formation de la bouteille# ce qui exige un soufflage à une température réduite. Les tentatives faites pour former un fond concave en gonflant directement une paraison dans un moule finisseur ayant la forme finale de la bouteille ont échoué. Dans ces conditions de soufflage, la matière "comble" simplement les courbures accentuées nécessaires dans le moule pour former une bague d'assise ou d'appui adéquate et la matière s'allonge et s'amincit dans la région o la résistance mécanique la plus grande est nécessaire. Il en résulte que les bagues d'appui se déforment sous l'effet de la pression intérieure en diminuant de diamètre et en modifiant la caractéristique de résistance à la pression du fond concave. On a proposé de souffler un fond initialement convexe extérieurement pour obtenir un fond final concave. Dans ces procédé et appareils proposés jusqu'à présent, (1) on utilise un moule d'inversion séparé et on chauffe de nouveau le fond initial, ou bien (2) on pousse simplement une matrice convexe contre le fond convexe extérieurement. Aucune de ces techniques n'a apporté une solution au problème inhérent à la nécessité de courbures accentuées dans la zone de transition et d'une épaisseur adéquate de la matière à l'endroit de la bague d'appui ou d'assise. -Une des solutions à ce problème est décrite dans le brevet U.S. NO 4 134 510. On applique initialement par dilata- tion une pré-forme soufflable contre une surface de moule composite délimitée par les faces d'extrémité d'une pluralité de tubes concentriques entourant une tige d'actionnement cen- traie. On positionne initialement de façon télescopique la tige et les tubes de manière à définir la surface concave composite afin qu'un premier fond convexe soit obtenu par soufflage. Ensuite, on actionne de façon télescopique la tige et les tubes de manière à inverser progressivement la forme du fond convexe pour que ce fond prenne une forme concave. Les faces d'extrémit4 des tubes peuvent être rainurées de manière à former des nervu- res de renforcement dans la paroi concave du fond, si on le désire. Un tel récipient a une paroi de fond concave ayant une meilleure résistance à la déformation engendrée par la pression interne. On obtient ce résultat en formant une bague de support à la jonction d'une paire de parois de fond intérieure et exté- rieure dirigées de façon opposée, la jonction de la paroi défi- nissant un angle inclusqui est égal ou inférieur à 900 ainsi que le rayon intérieur de la bague de support qui est égal ou'i d - rieur à quatre fois l'épaisseur de la paroi. Un des problèmes que posent les récipients auto- supportés et du type à fond piqué en présence d'une pression interne est que la paroi intérieure se raccordant à la bague d'appui a tendance à rouler vers l'extérieur et le diamètre de la bague d'appui a tendance à se resserrer, de sorte que le fond tend à augmenter de longueur. Dans le cas extrême, la déformation due à la pression interne donne un fond affaissé. La déformation est due principalement à un moment de flexion bas dans la zone de la bague d'appui et, par suite, cette région exige une paroi plus épaisse pour résister à cette déformation. L'impossibilité de répartir une plus grande quan- tité de matière dans la région de la bague d'appui lors de la formation d'un récipient orienté est la raison principale de la difficulté à fabriquer une bague d'appui fonctionnelle de grande dimension. La présente invention permet d'obtenir un récipient thermoplastique résistant à la pression dont le centre de gra- vité est bas et dont la zone de la bague d'appui est stable du point de vue dimensionnel et présente une résistance mécanique notable. On abaisse le centre de gravité du récipient en rédui- sant le poids du goulot et du col, et en donnant au corps prin- cipal du récipient un diamètre plus grand pour réduire la hau- teur globale tout en maintenant le volume intérieur voulu. Un autre avantage du corps principal cylindrique de grand diamètre est que l'on peut obtenir un degré uniformément élevé de rapport d'allongement et, par conséquent, d'orientation, pour accroître la résistance mécanique ainsi que les propriétés de "barrière", c'est-à-dire d'étanchéité, du récipient. La conception perfec- tionnée de la bague d'assise est caractérisée par une paroi plus épaisse dans l'extrémité inférieure et, par conséquent, une structure plus robuste. On obtient l'augmentation de résistance mécanique en ayant recours, d'une part, à une structure en forme de V pointue caractérisée par une paroi intérieure concave et une paroi extérieure convexe dans son ensemble dont l'extrémité inférieure extrême concave se raccorde à la bague d'appui et, d'autre part, à un centre convexe du fond du récipient. La présente invention a pour objet de procurer un récipient pour boissons présentant un meilleur rapport surface- volume afin d'augmenter la rétention de carbonatation. Un autre objet de la présente invention est de procurer un récipient pour boissons dont le centre de gravité est bas afin d'augmenter l'angle de stabilité, Un.autre objet encore de la présente invention est de procurer un récipient pour boissons dont la résistance mécanique de la zone de bague d'appui ou d'assise est accrue. Un autre objet encore de la présente invention est de procurer un récipient pour boissons comportant une structure de paroi de fond grâce à laquelle la pression de moulageau soufflé nécessaire pour la formation est réduite. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une-vue en élévation de face d'un récipient en matière thermoplastique de la technique antérieure, une partie de la zone de la bague d'appui ayant été arrachée pour montrer plus clairement la structure; la figure 2 est une vue en plan de dessous du récipient représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe partielle de la bague d'appui ou d'assise d'un second récipient en matière thermo- plastique de la technique antérieure; la figure 4 est une vue en élévation de face d'un récipient en matière thermoplastique formé selon la présente invention, une partie de la bague d'appui ou d'assise ayant été arrachée pour illustrer plus clairement la présente inven- tion; la figure 5 est une vue en coupe partielle de la phase finale de la formation du fond d'un récipient en matière thermoplastique de la technique anterieure du type représenté sur la figure 1; et la figure 6 est une vue en coupe partielle de la phase finale de la formation du fond d'un récipient en matière thermoplastique suivant la présente invention. On a représenté sur les figures 1 et 2 un récipient 10 de la technique antérieure sous la forme d'une bouteille. La bouteille est formée par une matière thermoplastique possédant des propriétés de barrage vis-à-vis des gaz suffisantes pour que la bouteille puisse contenir une boisson gazeuse pendant un temps d'étagère voulu. La bouteille est moulée au soufflé à partir d'une pré-forme ou paraison extrudée ou moulée par in- jection et est de préférence façonnée de manière telle que la matière se trouve orientée de façon bi-axiale. La bouteille 10 comporte une partie de col supérieure 12 comportant un goulot approprié, par exemple un goulot muni d'un filetage en vue du vissage sur ce goulot d'un bouchon fileté (non représenté). La partie de col supérieure 12 fusionne avec une partie de corps 14 de configuration cylindrique. L'extrémité inférieure de la section de corps cylindrique fusionne avec une structure de paroi de fond 16 qui ferme la base de la bouteille, L'extrémité inférieure de la structure de paroi de fond 16 comprend une cavité centrale 18 délimitée par une paroi intérieure 20. Une paroi extérieure 22 se raccorde à la paroi intérieure 20 par une partie de retour 24 délimitant une bague d'appui. Pour une bouteille typique d'un demi litre, la cavité centrale 18 a environ 2,5 cm de profondeur, sa hauteur Hi est d'environ 20,6 cm, et le diamètre principal Dl est d'environ 7 cm. On a représenté sur la figure 3 une vue en coupe- partielle de la partie formant bague d'appui ou d'assise d'un récipient perfectionné comportant une paroi de fond ayant des caractéristiques accrues de résistance à la pression, cette paroi étant décrite dans le brevet U.S. NO 4 134 510. Une structure de paroi de fond 30 comprend une cavité centrale 32 délimitée par une paroi intérieure concave 34 s'étendant vers le haut jusqu'à une partie centrale convexe vers le bas. La paroi intérieure 34 se raccorde à une paroi extérieure 38 par une partie de retour 40 délimitant une bague d'appui ou d'as- sise. La forme composite concavo - convexe de la structure de paroi de fond présente l'avantage de ne pas réduire le capacité de la bouteille. La paroi 38 peut être définie comme présentant un angle d'inclinaison À de 450 ou plus par rapport à l'horizontale B. Dans une variante, l'angle d'inclinaison à de la paroi 38 peut être défini par rapport à la paroi latérale de la structure de paroi de fond 30 comme étant un angle inclusC d'au moins 1350. La pente relativement raide de la paroi formant l'angle A accroit la rigidité de cette paroi à l'encontre de la flexion de celle-ci sous la pression engendrée à l'intérieur du réci- pient. Il n'est pas nécessaire que la paroi latérale inférieure 38 soit conique, mais le rayon doit 8tre aussi grand que possi- ble pour se rapprocher d'une configuration conique. La région 40 formant la bague d'appui a un rayon de courbure qui est aussi faible que possible. Ce rayon de cour- bure peut être défini comme étant le rapport du rayon de cour- bure D à l'épaisseur de la paroi du fond du récipient, et ce rapport doit être aussi faible que possible et de préférence inférieur a quatre. En d'autres termes, le rayon de courbure de la partie 40 n'est pas supérieur à quatre fois l'épaisseur moyenne de la paroi du fond du récipient. L'angle d'inclinaison E de la partie concave 34 est aussi grand que possible pour accroître la résistance à la flexion dans cette région. Ici encore, un angle d'inclinaison d'au moins 450 est préférable. Enfin, l'angle inclus F entre la paroi extérieure 38 et la paroi intérieure 34 est de préférence inférieur à 900, ici encore, dans le but d'augmenter la r é s is tan ce à la flexion. On a représenté sur la figure 4 un récipient 50 réalisé selon la présente invention. La bouteille 50 comporte une partie de col supérieure 52 munie d'un goulot approprié comprenant un filetage pour le vissage d'un bouchon fileté (non représenté). La partie de col supérieure 52 fusionne par l'intermédiaire d'une région d'épaule avec une partie de corps 54 ayant une configuration cylindrique dans son ensemble. L'extrémité infé- rieure de la section de corps cylindrique fusionne avec une structure de paroi de fond 56 qui forme la base de la bouteille. La structure de paroi de fond 56 comprend une cavité centrale 58 délimitée par une paroi intérieure concave 60. La paroi intérieure 60 s'étend vers le haut jusqu'à une partie centrale 62 convexe vers le bas. Une paroi extérieure 64 se raccorde à la paroi intérieure 60 par une partie de retour 66 qui forme la bague d'appui ou d'assise. Toutefois, la structure de paroi de fond 56 diffère de la structure de paroi de fond 30 représentée sur la figure 3 par.le fait qu'une extrémité infé- rieure extrême 68 de la paroi extérieure 64 est concave à l'en- droit o elle se raccorde à la partie de retour 66. Le récipient 50 présente d'autres différences par rapport aux récipients de la technique antérieure représentés sur les figures 1 à 3. Le centre de gravité du récipient 50 est maintenu aussi bas que possible. On obtient ce résultat en ré- duisant le poids du goulot et du col et en utilisant un diamètre plus grand pour le corps principal du récipient de manière à réduire la hauteur globale. En outre, la quantité de matière utilisée dans les régions de goulot, de col et d'épaule est réduite à un minimum. Un col supérieur ou goulot typique utilisé dans le récipient représenté sur la figure 1 pèse environ 6 grammes tandis qu'un goulot allégé selon la présente invention pèse aussi peu que 2 grammes. Afin de réduire encore plus le centre de gravité, la matière, c'est-à-dire l'épaisseur de la paroi, dans la région de goulot et d'épaule est redistribuée jusqu'à la partie inférieure du récipient. Le diamètre D2 de corps principal est d'environ 7,4 cm par rapport au diamètre Dl de 7 cm du récipient représenté sur la figure 1 Cette augmen- tation du diamètre du corps principal permet de réduire la hau- teur H2 jusqu'à 17 cm par rapport a la hauteur Hl de 21 cm du récipient de la technique antérieure pour une bouteille d'une contenance d'un demi litre. Ces modifications permettent égale- ment de réduire la superficie totale de l'emballage d'environ % ce qui diminue le rapport surface-volume ainsi que la perte de carbonatation. Un autre avantage procuré par l'utilisation d'un corps principal cylindrique relativement grand pour le récipient est que l'on peut obtenir un degré uniformément élevé de rapport d'allongement, et par conséquent d'orientation, pour augmenter la résistance mécanique et les propriétés de barrière vis-à-vis des gaz. L'angle de stabilité, c'est-à- dire l'angle par rapport à la verticale auquel le récipient bascule, passe-d'environ pour le cas du récipient représenté sur la figure 1 à environ 140 dans le cas du récipient perfectionné selon la présente invention. La réussite dans la fabrication d'un fond fonctionnel s'appuyant librement sur sa propre assise et du type piqué dépend, en partie, de la capacité de refoulement de la matière au voisinage de la bague d'assise pour améliorer la résistance mécanique contre la flexion provoquée par la pression intérieure. La figure 6 montre une structure de fond piqué grâce à laquelle on peut améliorer la répartition de la matière au voisinage de la bague d'appui par rapport au fond piqué classique représenté sur la figure 5. On a représenté sur les figures 5 et 6, une configuration de la bulle de formage et du moule de soufflage au stade final de la formation de la bouteille. Dans la bouteille de la technique antérieure représentée sur la figure 5, la ma- tière de la bulle de formage entre les points X et Z est répar- tie le long des parois X-Y-Z du moule. Comme on peut le voir sur la figure 6, la matière de la bulle de formage entre les points X et Z est répartie le long des parois X-Y-V-Z, la zone entre les points I et Z étant formée antérieurement. Comme on peut le voir, la distance séparant la paroi du récipient de la paroi du moule sur la figure 5 est plus grande que la distance séparant la paroi du récipient de la paroi du moule sur la figure 6 et, par conséquent, le fond de la bouteille de la figure 6 aura des parois plus épaisses, ce qui se traduira par une structure plus robuste. La résistance mécanique du fond reposant librement sur sa propre assise et du type piqué est déterminée non seule- ment par l'épaisseur de sa paroi, mais également par la confi- guration géométrique de cette région. Pour une distribution de matière ou un profil d'épaisseur de paroi donnée, plus l'angle entre les parois intérieure et extérieure se raccordant à la bague d'appui est aigu, plus la structure sera solide. Par conséquent, la conception perfectionnée selon la présente invention utilise des parois concavesvers l'extérieur à l'extrémité inférieure extrême 68 pour raccorder la bague d'appui à la paroi extérieure 64. Une telle configuration améliore la résistance mécanique du fond aux températures élevées. Le concept et le mode de fonctionnement de la présente invention ont été expliqués ci-dessus à propos de son mode de réalisation préféré. Toutefois, il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif, et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. il REVENDDICATIOONS 1. Bouteille pour contenir des fluides sous pression, cette bouteille comportant un col (52), un fond (56) et une paroi latérale (54) raccordant le col et le fond, caractérisée par le fait que le fond comprend: une paroi intérieure (60) délimitant une cavité centrale; une paroi extérieure (b4); une partie de retour (6b) raccordant les extrémités inférieu- res de ladite paroi intérieure et de ladite paroi extérieure de manière à former une bague d'appui ou diassise, l'extrémité inférieure extrême (68) de ladite paroi extérieure étant con- cave dans son ensemble. 2. Bouteille suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite paroi intérieure est concave dans son ensemble. 3. Bouteille suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite paroi extérieure située au-dessus de ladite extrémité inférieure extrême est convexe dans son ensemble* 4. Bouteille suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le fond comprend une partie centrale convexe (62) raccordée à l'extrémité supérieure de ladite paroi inté- rieure de manière à délimiter ladite cavité centrale. 5. Bouteille suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le fond a une épaisseur de paroi supérieure à l'épaisseur de paroi du col de la bouteille. 6. Bouteille pour contenir des fluides sous pression, cette bouteille comportant un col (52), un fond (56) et une paroi latérale (54) reliant le col et le fond, caractérisée par le fait que le fond comprend: une paroi concave intérieure (bO); une partie centrale convexe (62) raccordée à l'extrémité supérieure de ladite paroi intérieure, ladite paroi intérieure et ladite partie centrale délimitant une cavité centrale; une paroi extérieure (64) convexe dans son ensemble; une partie de retour (66) raccordant les extrémités inférieures de ladite paroi intérieure et de ladite paroi extérieure de manière àa former une bague d'assise ou d'appui, l'extrémité inférieure extrême (68) de ladite paroi extérieure étant concave dans son ensemble. 7. Bouteille suivant la revendication 6, caractérisée par le fait que le fond a une épaisseur de paroi supérieure à l'épaisseur de paroi du col de la bouteille. 8. Bouteille pour contenir des fluides sous pression, cette bouteille comportant un col (52), un fond (56) et une paroi latérale (54) raccordant le col au fond, caractérisée par le fait que ledit fond a une épaisseur de paroi qui est supé- rieure à l'épaisseur de paroi dudit col. 9. Bouteille suivant la revendication 8e caractérisée par le fait que ledit fond comprend une paroi intérieure (60) délimitant une cavité centrale (58); une paroi extérieure (b4); une partie de retour (b6) raccordant les extrémités inférieures de ladite paroi intérieure et de ladite paroi extérieure de manière à former une bague d'appui ou d'assise, l'extrémité inférieure extrême (68) de ladite paroi extérieure étant concave dans son ensemble. 100 Bouteille suivant la revendication 9, caractérisée par le fait que ladite paroi intérieure est concave et que ladite paroi extérieure audessus de ladite extrémité inférieure extrême est convexe dans son ensemble et comprend une partie centrale convexe (62) raccordée à l'extrémité supérieure de ladite paroi intérieure, ladite paroi intérieure et ladite partie centrale délimitant une cavité centrale.