Brevet FR2531001A1 — publié le 19840203

* 1 PARAISON POUR RECIPIENTS ORIENTES EN MATIERE PLASTIQUE. On sait depuis longtemps qu'on peut rendre es récipients en matière plastique plus résistants ei l'on forme le récipient à une température élevée, qu'on appelle température d'orientation, afin d'orienter les molécules de la matière plastique et améliorer ainsi les propriétés mécaniques du récipient, en même temps qu'on rend le récipient moins perméable à la transmission de gaz Un procédé couramment utilisé pour la fabrication de réci- pients orientés en matière plastique consiste à mouler par injection une préforme ou paraison puis à réchauffer la paraison à la température d'orientation et à souffler la paraison chauffée à la forme finale du récipient. Le récipient résultant comporte normalement une bague, un corps principal qui est en général cylindrique et une paroi de fond qui est en général hémisphérique ou elliptique pour développer la résistance optimale permet' tant de contenir les fluides sous pression. Quand on fabriquait la paraison par moulage par injection, il était de pratique courante d'utiliser une tige de noyau et un moule démontable et d'injecter la matière plastique fondue entre la tige de noyau et les moitiés du moule fermé afin de produire une paraison allongée La paraison présente un corps comportant une bague, une bordure de support au dessous de la bague,-un col annulaire au dessous'de la bordure, un épaulement au- dessous du col se confondant avec le corps principal et se terminant par une partie inférieure qui obture le corps principal En vue d'enlever la paraison du moule et d'ex- traire la tige de noyau de la paraison, il était de pratique courante de prévoir un amincissement sur la tige de noyau et les surfaces intérieures du moule de sorte que la surface de la paraison résultante du corps principal était également conique On pensait également qu'il était souhaitable de fournir sensiblement la même quantité de matière longitudinalement sur tout le corps principal En conséquence, la construction de la tige de noyau et du moule était telle que la paraison résultante présentait un corps principal ayant une épaisseur qui augmentait en allant vers le bas. La forme et la configuration de la paraison influ- ent sur la durée du cycle de moulage par injection, la durée du réchauffage et la distribution des matières dans la tota- lité du récipient, ainsi que sur les propriétés mécaniques et la propriété de barrière dû récipient résultant. Dans le cas de ce que l'on appelle un procédé de réchauffage et de soufflage, la paraison froide doit être réchauffée à une température en dedans de la gamme des tem- pératures d'orientation moléculaires, qui est légèrement supérieure à la température de transition vitreuse du polymère choisi Dans la pratique, en utilisant un système de chauffage aux infra-rouges (IR), le col de la paraison immédiatement au dessous de la bague et de la bordure de support, et la partie inférieure de la paraison sont les zones les plus difficiles à chauffer à la température sou- haitable d'orientation par rapport au corps principal de la paraison Le résultat global de la distribution non uniforme des températures dans le sens axial de la paraison est qu'un excès de matière tend à être soufflé danÉle col et l'épaulement et aussi dans la zone du fond de la bouteille. Cette distribution défectueuse de la matière dans la paroi latérale crée des propriétés physiques non uniformes dans la paroi latérale Il en résulte des caractéristiques mécaniques et de transmission de gaz moins acceptables. Antérieurement, on a utilisé de nombreux procédés de fabrication et de nombreux modèles pour des paraisons thermoplastiques. Par exemple, dansle brevet US 4 034 036, on a décrit un réglage des paraisons selon lequel une paraison moulée par injection est disposée dans la cavité d'un moule présentant un rapport prédéterminé de la longueur au diamètre et des moyens pour exercer sélectivement et en alternance une pression positive ou une pression négative sur des parties de la paraison au fur et à mesure de son expansion, L'épaisseur de la paraison en cours d'expansion est réglée de manière que l'article creux terminé présente l'épaisseur désirée de paroi. Le brevet U S 3 347 966 décrit un procédé de formation d'articles thermoplastiques creux par formage d'une paraison ayant une zone dont l'épaisseur de la paroi est inférieure à celle du restant de la paraison et par chauffage de la paraison dans un moule à une température au dessous du point de fusion cristallin de la paraison. On place ensuite la paraison dans un moule et on applique une pression différentielle pour l'obliger à épouser le profil du moule de manière que la zone à paroi plus mince s'étende en premier Ce brevet 3 347 966 concerne particu- lièrement des récipients thermoplastiques ayant un fond orienté et la même épaisseur sur toute son étendue. Le brevet US 3 754 851 décrit un appareil pour former des récipients à orientation multi-axiale Les réci- pients sont formés à partir d'une paraison thermoplastique extrudée moléculairement orientable et présentant une épaisseur programmée de parois Ce brevet concerne particu- lièrement un procédé par lequel on peut obtenir un schéma choisi des épaisseurs de parois dans le récipient final par réglage de la distribution de la matière dans la paraison à partir de laquelle le récipient sera finalement formé. Le brevet US 3 873 660 décrit un procédé de formation de récipients à orientation multi-axiale Ce brevet concerne particulièrement un procédé dans lequel l'effet de l'épais- seur de la paroi sur la température d'orientation est minime et pas critique. Le brevet US 4 233 262 décrit un procédé pour former des récipients soufflés en téréphtalate de polyéthy- lène Le procédé utilise une paraison moulée par injection pour réaliser des échancrures dans la surface extérieure des récipients soufflés sans avoir à employer de cavités profi- lées de moules Au dernier stade de ce procédé, on moule la préforme par soufflage dans des conditions telles, que le téréphtalate de polyéthylène soit durci sous contrainte afin de provoquer l'expansion et l'extensionproportionnelles des épaisseurs des parois. De même, le brevet 4 330 579 décrit une paraison en matière-plastique dont le fond devient progressivement plus épais à partir du centre de sa circonférence extérieure de façon telle que la partie du fond puisse être orientée de façon uniforme à un taux d'orientation similaire à celui de la partie bombée de la bouteille finale Le fond dépasse sous une forme généralement hémisphérique de telle sorte que le rayon de sa surface sphérique extérieure soit plus grand que celui de sa surface sphérique intérieure. La présente invention a pour objet de fournir une paraison qui exige moins de matière de sorte qu'on obtient un récipient plus léger mais possédant néanmoins des pro- priétés supérieures; réduit la durée du cycle de moulage par injec- tion; réduit la durée nécessaire du cycle de réchauf- fage; améliore la répartition de la matière dans tout le récipient et surtout dans sa paroi latérale; et assure un niveau supérieur de propriétés méca- niques et de barrière du récipient. Plus précisément, la paraison selon l'invention présente un profil d'épaisseur qui assure des durées plus courtes du cycle de moulage par injection, des meilleures distribution et efficacité de la matière et un réchauffage plus facile de la paraison. Selon la présente invention, la paraison pour fabriquer des récipients orientés en matière plastique, consistant à former d'abord la paraison puis a la réchauffer à une température d'orientation et à la souffler à sa forme finale, comprend un corps allongé creux en une matière thermoplastique durcissable sous contrainte et présentant une bague à extrémité ouverte; une bordure annulaire de support disposée au dessous de la bague et s'étendant radialement vers l'extérieur; un col annulaire au dessous de la bordure de support; un épaulement; un corps prin- cipal; et un fond qui ferme l'extrémité ouverte du corps principal Le col annulaire présente une épaisseur radiale inférieure à celle de la bague et inférieure à celle de la paroi du corps principal L'épaulement s'évase progressi- vement depuis le col annulaire jusqu'au corps principal. La paroi du corps principal présente une épaisseur uniforme et une conicité minimale sur ses surfaces interne et externe, et le fond présente une épaisseur inférieure à celle de la paroi du corps principal. 1 S D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va en être faite ci-après en regard des dessins annexée, sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation d'une paraison selon l'invention; la figure 2 est une vue en élévation d'un récipient fabriqué à partir de la paraison représentée sur la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus de la paraison représentée sur la figure 1,; la figure 4 est une coupe verticale de la paraison représentée sur la figure 1; la figure 5 est une vue en élévation d'une autre paraison selon l'invention; la figure 6 est une vue en élévation d'un récipient fabriqué à partir de la paraison représentée sur la figure 5; la figure 7 est une vue de dessus de la paraison représentée sur la figure 5; et la figure 8 est une coupe verticale de la paraison représentée sur la figure 5. En se référant à la figure 2, l'invention concerne la fabrication de récipients tels que des bouteilles B en une matière plastique orientée durcissable sous contrainte, telle que le téréphtalate de polyéthylène; fabrication dans laquelle le récipient comprend une bague 10 pour recevoir un élément de fermeture, une bordure de support Il au des- sous de la bague, un col ou zone annulaire 12, un épaulement 13, un corps principal 14 qui est sensiblement cylindrique et un fond 15 convexe vers l'extérieur et qui est hémisphérique ou au moins elliptique pour mieux résister à la pression du fluide contenu dans le récipient L'ensemble comprend en outre une cuvette de base 16 sur laquelle le récipient est monté. Pour fabriquer le récipient, on commence par former une préforme ou paraison, puis on réchauffe la paraison à la température d'orientation et finalement on souffle la paraison réchauffée vers l'extérieur contre les parois d'un moule. Selon l'invention qui est représentée sur la figure 1, la paraison P comprend une bague 20, une bordure de support 21 au dessous de la bague, un col annulaire 22 au dessous de la bordure de support, un épaulement 23, un corps principal 24 et un fond 25 qui ferme l'extrémité inférieure du corps principal. Comme on peut le voir sur la figure 4, le col annulaire 22 a une épaisseur radiale inférieure à celle de la bague 20 et inférieure à l'épaisseur de la paroi du corps principal 24, et a un diamètre constant La surface exté- rieure de l'épaulement 23 s'évase progressivement depuis l'extrémité inférieure du col annulaire 22 jusqu'au corps principal 24 et elle est plus longue que le col annulaire dans le sens axial La paroi du corps principal 24 a une épaisseur uniforme sur toute son étendue avec des variations minimes de l'ordre de + 127 microns et, de préférence,de + 76 microns et sa conicité est minimale, de l'ordre de minutes. Finalement la paroi du fond 25 présente une épaisseur inférieure à celle du corps principal 24 L'épais- sèur de la paroi du fond est la plus faible au centre et elle augmente progressivement en direction du corps principal. Quand la matière plastique est injectée par un trou de coulée dans la paroi du fond,on mesure l'épaisseur de cette paroi de fond au voisinage du trou de coulée. Quand la bouteille est plus petite, par exemple une bouteille de 1/2 litre plutôt qu'une bouteille de 2 litres, la paraison P-l représentée sur les figures 5, 7 et 8 peut servir pour former la bouteille B-1 que l'on voit sur la figure 6 Ainsi, dans cette forme de réalisation, l'épaulement de la paraison se rétrécit jusqu'au diamètre du corps 24 a plus petit. Les dimensions de la paraison, à l'exclusion de la bague et de la bordure de support, sont déterminées conformément aux rapports suivants a) poids de la paraison (g) 2 - 0,2 0,8 0,45 épaisseur du corps principal c) épaisseur du fond 0,5 1,O 0,80 épaisseur du corps principal d) longueur de la préforme 03,0 0,60 0,3 le 0,60 longueur du récipient e) diamètre principal moyen de la bouteille 2 2 6 diamètre principal moyen de la préforme f) surface moyenne de contact du récipient 5 surface moyenne de contact de la paraison Dans les équations e) et f), le terme "moyen" est défini comme étant le point- milieu entre l'intérieur et l'extérieur des parois du récipient ou de la paraison. La surface de contact vraie ou normalisée de la paraison est déterminée par le rapport: Surface de contact movenne de la praison à l'exclusion de la bague Surface de contact vraie de la = paraison lTolume du récipient à l'exclusion de la bague J 2/3 Les intervalles permettant de produire un durcissement correct sous contrainte sont: Surface de contact vraie de la paraison Supérieure à Inférieure à en général 0,5 0,9 de préférence 0,55 0,8 mieux encore 0,6 0,7 Quand la surface de contact vraie est inférieure à 0,5, la matière dans la paroi latérale est surtendue et blanchie par l'effort Quand la surface de contact vraie est supérieure à 0,9, la matière n'est pas suffisamment tendue pour assurer un durcissement sous contrainte. Un durcissement optimal sous contrainte est réalisé lorsqu'on maintient les rapports suivants à l'exclu- sion de la bague et de la bordure de support: surface moyenne du récipient Surface de contact: 10 Surface de contact surface moyenne de la paraison -longueu longueur du récipient 2,4 Longueur: longueur de la paraison récipient Diamètre: 4,2 paraison L'uniformité de l'épaisseur de la paroi latérale de la paraison permet de réduire la durée du cycle de chauffage. Quand le rapport de l'épaisseur du fond à l'épais- seur de la paroi latérale est inférieur à 0,8, la durée de refroidissement du moule d'injection est réduite, étant entendu qu'on mesure l'épaisseur de la paroi du fond au voisinage du trou de coulée quand on en utilise un dans la paroi du fond, ou bien au centre de cette paroi quand le trou de coulée est en un autre endroit de la paraison - Quand le rapport de l'épaisseur du col a l'épais- seur de la paroi est inférieur à 0,55, la durée de réchauf- fage est abrégée et la durée du cycle de chauffage est également moindre. La forme préférée de la matière plastique durcis- sable sous contrainte est le téréphtalate de polyéthylène (TEP) On préfère une faible VI (viscosité inhérente) car le produit est moins onéreux et tend à produire moins d'agents de contamination sensibles au go Ut, comme par exemple l'acétaldéhyde. Des exemples représentatifs des rapports normalisés du poids au volume des récipients à l'exclusion du poids de la bague et de la bordure de support comme défini dans (a) et selon l'invention, fabriqués en TEP ayant une VI de 0,7 sont comme suit Taille Poids Pds/(volume)2/3 2 litres 45 0,290 g/cm 2 2 litre 35 0,286 g/cm 2 1 litre 35 0,286 g/cm 2 1/2 litre 18 0,290 g/cm 2 On peut comparer ces rapports au rapoort du poids au volume de 0,340 qui est celui d'unebouteille usuelle de 2 litres qu'on trouve dans le commerce qui est fabriquée en TEP ayant une VI de 0,7 et qui pèse 54 g à l'exclusion du poids de la bague et de la bordure de support. Etant donné que-les paraisons selon l'invention utilisent moins de matière, elles exigent moins de chaleur pour les réchauffer jusqu'à la gamme des températures d'orientation Il en résulte une réduction de la durée du cycle qui se révèle de l'ordre de 10 % pour les récipients fabriqués en TEP ayant une VI de O,T. En ce qui concerne les perméabilités, on a trouvé que des récipients de 2 litres fabriqués à partir de paraisons en TEP ayant une VI de 0,7, selon l'invention, dépassent les normes actuelles qui exigent moins de l 5 % de pertes de carbonation en 12 semaines de conservation Les récipients fabriqués avec des paraisons selon l'invention ont une perméabilité au gaz carbonique qui s'exprime par une perte dite "de carbonation" inférieure à 14 % pendant 12 semaines avec utilisation des techniques normalisées pour l'essai. On a testé les récipients fabriqués avec des paraisons en TEP ayant une VI de 0,7, selon l'invention, pour déterminer la perte de poids au cours d'un emmagasinage normalisé de 12 semaines On a trouvé une perte de poids de 0,25 %, ce quioet bien au dessous de la perte maximale autorisée de 1 % pendant une durée de conservation de 24 semaines. On a soumis des échantillons de récipients fabriqués avec les paraisons de TEP ayant une VI de 0,7, selon l'invention, à un essai de choc par chute après conditionnement pendant 24 heures à la température ordinaire, à 4,50 C et à 380 C et tous les échantillons passent cet examen-avec succès. Les résultats des essais sur des récipients'de 2 litres en TEP ayant une VI de 0,7 pour la perte de carbonation et la perte de poids sont résumés ci-après CO 2 Poids Initial 4,52 volumes 24 heures 4,28 - 24 heures (après enlèvement du 4,00 2081,9 g contenu pour normaliser le volume) 1 semaine 3,99 2081,2 3 semaines 3,92 2079,6 6 semaines 3,78 2078, 1 8 semaines 3,67 2077,4 12 semaines 3,46 2076,6 Perte totale 13,5 % 5,3 g Ainsi la paraison selon l'invention assure 1) un degré approprié d'extension et donc d'orientation dans la paroi du récipient soufflé 2) un profil avantageux de températures dans le sens axial de la paraison; 3) une répartition améliorée de la matière (répartition des épaisseurs des parois) dans la bouteille soufflée; 4) une réduction au minimum de la durée nécessaire du cycle de moulage par injection; ) une utilisation plus efficace de la matière. REVENDICATIONS 1 Paraison pour fabriquer des récipients en matière plastique orientée, cette paraison étant d'abord formée puis réchauffée à un intervalle de températures d'orientation et soufflée à la forme finale du récipient, caractérisée en ce qu'elle comprend: un corps creux allongé en une matière thermoplastique orientable et durcissable sous contrainte ayant une bague ( 20) à extrémité ouverte, une bordure annulaire de support ( 21) au dessous de la bague et s'étendant radialement vers l'extérieur, un col annulaire ( 22) au dessous de la bordure de support, un épaulement ( 23) au dessous de la bordure de support, un corps principal ( 24) et un fond ( 25) qui ferme l'extrémité ouverte du corps principal, ledit col annulaire ayant une épaisseur radiale inférieure à celle de la paroi du corps principal, ledit épaulement s'évasant progressivement depuis le col annulaire jusqu'au corps principal, ladite paroi dudit corps principal ayant une épaisseur sensiblement uniforme et une conicité minimale de ses surfaces interne et externe, ledit fond ayant une épaisseur inférieure à celle de la paroi du corps principal. 2 Paraison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière thermoplastique est un téréphtalate de polyéthylène et en ce que les dimensions de la paraison, à l'exclusion de la bague et de la bordure de support, sont déterminées selon les rapports ci-après a) poids de la paraison (g)2 ) P par, g 33 2/3 0,2 0,8 04 épaisseur du corps principal c) épaisseur du fond 0,5 1,0 Q,80 épaisseur du corps principal d) longueur de la préforme 0,3 1,O 0,60 longueur du récipient 0,3 1,0 0,60 e) diamètre principal moyen de la bouteille 2 6 diamètre principal moyen de la préforme f) surface moyenne de contact du récipient > 5 surface moyenne de contact de la paraison 3 Paraison selon la revendication 2, caractérisée en ce que la matière thermoplastique comprend un téréphtalate de polyéthylène et en ce que la surface de 'contact vraie de la paraison pour assurer le durcissement sous contrainte est comprise entre 0,5 et 0,9, la surface de contact vraie de la paraison étant déterminée par le rapport: Surface de contact moyenne de la paraison Surface de contact appropriée = à l'exclusion de la bague de la paraison (Volume du récipient à l'exclusion de la bague) 2/3 4 Paraison selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface de contact vraie est comprise entre 0,55 et 0,8. Paraison selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface de contact vraie est comprise entre 0,6 et 0,7. 6 Paraison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière thermoplastique est un téréphtalate de polyéthylène et en ce que la paraison présente les rapports suivants à l'exclusion de la bague et de la bordure de support: surface de contact: surface moyenne du récipient 10 surface moyenne de la paraison longueur: longueur du récipient 2,4 longueur de la paraison diamètre: récipient 4,2 4, 2 paraison 7 Paraison selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée par du téréphtalate de polyéthylene. 8 Paraison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conicité entre les surfaces interne et externe est de 15 minutes.