Brevet FR2539107A1 — publié le 19840713

La présente invention se rapporte à un conteneur en matières polymériques thermoplastiques ainsi qu'à son procédé de fabrication En particulier, la présente inven- tion concerne des conteneurs à parties multiples qui sont soudées l'un à l'autre par rotation pour former le conte- neur final. Les méthodes conventionnelles de fabrication de conteneurs consistent généralement à façonner des métaux, du verre, ou d'autres matériaux composites à base de papier pour leur donner la forme du conteneur D'autres techniques conventionnelles de fabrication de conteneurs comprennent également le thermoformage des matières plas- tiques La présente invention concerne plus particulière- ment les conteneurs en matières plastiques, notamment ceux à base de polyesters ou de polyoléfines Les conte- neurs fabriqués selon le procédé de l'invention rempla- cent avantageusement ceux fabriqués par les techniques usuelles de thermoformage des plastiques, aussi bien que ceux produits par façonnage du verre, des métaux ou des papiers. Dans les procédés conventionnels de fabrication de bouteilles en plastique, celles-ci peuvent être formées d'une ou plusieurs méthodes Une de ces méthodes consiste à former une préforme habituellement appelée paraison, par moulage par injection d'une matière plastique fondue dans un moule à paraison, et en laissant l'objet moulé se solidifier On place alors cette paraison dans un appareil d'extrusion-soufflage o par effet combiné de la chaleur, d'une pression d'air, et de dispositifs d'étirage mécanique, on expanse la paraâson en une bouteille finie Généralement, ce procédé en deux ou trois étapes est lent et coûteux, il nécessite des investissements élevés et exige une grande dépense d'énergie En effet, la fusion du polymère pour mouler la paraison par injection, le refroidissement qui s'ensuit et par après le réchauffa- ge nécessaire pour l'extrusion-soufflage nécessitent un grand apport de chaleur. -2- Une autre méthode de fabrication de conteneurs en matière plastiqueréside dans le moulage direct par injection selon lequel on injecte directement un polymère fondu liquide dans un moule ayant la forme de la bouteilb désirée Cette méthode, bien qu'elle élimine le double apport de chaleur du procédé à paraison, ne permet pas d'obtenir une orientation du polymère et dès lors la bouteille obtenue a une structure très faible ' De plus, du fait du manque d'orientation du polymère, il n'y a qu'une très faible barrière à la pénétration d'oxygène et à l'échappement de C 02- Une troisième méthode pour former des conteneurs en matière thermoplastique consiste à extruder une parai- son tubulaire, que l'on enferme dans un moule, et pen- dant qu'elle est encore à l'état fondu, on effectue une extrusionsoufflage pour l'amener à la forme finale de la bouteille Cette méthode présente également comme désavan- tage de ne donner que très peu d'orientation au plastique de la bouteille, mais en plus la bouteille présente une zone de faible résistance, en l'occurence le fond, o la soudure est formée au cours de l'extrusion-soufflage. La présente invention a pour but d'éviter les divers inconvénients mentionnés ci-dessus. La présente invention a pour objet un conteneur en matière thermoplastique, formé de parties séparées pouvant chacune être obtenue par thermoformage, méthode plus économique. La présente invention a également pour objet un procédé pour assembler les différentes parties du conteneur en les soudant l'une à l'autre par friction. Le conteneur thermoplastique de l'invention, destiné à l'emballage de produits alimentaires, nourriture et boissons, et présentant une faible perméabilité aux gaz au moins sur une partie, est caractérisé en ce qu'il comprend: une partie supérieure formée à partir d'un premier polymère ayant un dispositif de fermeture au-dessus,et àla -3- base une bride en forme de U disposée périphériquement autour de cette partie; une partie inférieure, formée à partir d'un second polymère, ayant au sommet une bride en forme de U disposée périphériquement autour de cette partie; une partie centrale comprenant un membre tubulaire cylindrique, formé à partir d'un troisième polymère compa- tible avec les deux premiers; les parties inférieure et supérieure hermétique- ment soudées à la partie centrale par un procédé de soudure par rotation. La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un tel conteneur, ce procédé consistant à thermoformer une partie supérieure avec une embouchure filetée, et une paroi cylindrique; thermoformer une partie inférieure ayant des caractéristiques d'emboîtement; extruder une partie centrale cylindrique sur laquelle on soude par rotation les parties supérieure et inférieure. La présente invention oet également décrite au moyen des dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 représente une vue de profil en coupe d'un conteneur selon la présente invention; la Figure 2 représente une vue de profil en coupe, à plus grande échelle, de la partie supérieure du conteneur, représenté à la Figure 1; la Figure 3 représente une vue de profil en coupe, à plus grande échelle, de la partie inférieure du conteneur représenté à la Figure 1; la Figure 4 représente une vue en coupe en plan à plus grande échelle de l'anneau conducteur avec ergots de la partie supérieure du conteneur décrit à la Figure 2; la Figure 5 représente une vue de profil en coupe de la partie inférieure du conteneur emboîtée sur le bouchon de la partie supérieure d'un autre conteneur; -4- la Figure 6 représente une vue en élévation en coupe de l'épaisseur de la paroi en trois couches, du conteneur. En se référant à la Figure 1, on montre une vue partielle en coupe d'une bouteille 101 La bouteille 101 comprend généralement une partie centrale cylindrique 102 en forme de tube, qui est soudée à la partie supérieure 103 et à la partie inférieure 104 de la bouteille. La partie supérieure 103 consiste généralement en une section cylindrique 105 légèrement tronconique, une section d'épaulement 106, le tout surmonté d'une partie cylindrique filetée 107 ou goulot dont les filets hélicol- daux pour le capuchon de fermeture sont déjà formés Une partie annulaire 109 entoure le goulot 107 et s'étend radialement vers l'extérieur Cette partie annulaire 109 permet la suspension de la bouteille à la machine de remplissage pendant que l'on remplit la bouteille De plus, la partie annulaire 109 comporte également une série d'ergots situés à la périphérie pour permettre l'engagement de la section supérieure dans le mandrin d'un appareil de soudage par rotation. La partie centrale 102 de la bouteille 101 est généralement une partie tubulaire cylindrique formée par extrusion ou coextrusion Le cylindieest coupé à longueur au moyen d'une lame chaude ou d'un laser pour former des bouteilles de la capacité désirée Bien que le mode d'exécu- tion indiqué à la Figure 1 montre que la paroi de la partie centrale 102 est faite d'une seule couche d'un polymère, il est entendu que cette partie peut être un cylindre obtenu par coextrusion et peut comporter plusieurs couches de polymères, comme illustré à la Figure 6 Ces couches de polymères peuvent être au nombre de 3 ou de 5, et les poly- mères formant les couches interne et externe doivent respecter les normes en vigueur pour les plastiques en contact avec les produits alimentaires, tandis que le poly- mère formant la couche intermédiaire est un polymère ayant des propriétés barrière comme par exemple le copolymère éthylène-alcool vinylique (ciaprès EVAL) pour éviter la -5- pénétration d'oxygène et l'échappement de C 02, à travers la paroi du récipient On peut encore ajouter des couches supplémentaires entre le polymère barrière et les couches externe et interne, comme par exemple des couches de produits adhésifs comme le CXA (produit fabriqué par du Pont de Nemours) pour lier les autres couches. La partie inférieure 104 comprend une fermeture du type diaphragme circulaire ayant une partie centrale 110 relativement flexible, un rebord 111 et le tout entouré d'une bride 112 pour le soudage par rotation, tournée vers le haut, faisant le tour de la bouteille. Il faut noter également que la partie supérieure 105 a une bride similaire 113 de soudage par rotation, tournée vers le bas et disposée au pied de la partie 104 Les bri- des en forme de U 112 et 113 sont dimensionnées pour recevoir d'une manière bien ajustée la-partie cylindrique 102 du conteneur Il peut être intéressant d'avoir un peu de jeu entre les brides 112, 113 et la partie cylindri- que 102, ce qui donnera un certain dégagement de chaleur lorsque tous ces éléments seront soudés ensemble par un procédé de soudage par rotation Comme on l'a déjà mentionné, on peut fabriquer le conteneur 101 à partir d'un polymère choisi parmi des polyesters et des polyolé- fines Dans un mode d'exécution on fabrique le conteneur à partir de polyéthylène téréphtalate (ci-après PET), polymère pouvant être mis au contact de produits alimen- taires, et présentant l'avantage d'être transparent, d'être résistant et d'avoir des propriétés d'effet barrière De plus, la résistance du PET dépend particulièrement du mode d'orientation de sa structure Ce renforcement est obtenu par étirage du polymère à la température d'orienta- tion La partie centrale du conteneur 101 est de préfé- rence formée soit d'un tube d'une couche de PET solide, soit d'un tube comportant plusieurs couches coextrudées obtenu à une filière circulaire de coextrusion Selon un mode d'exécution préféré on peut coextruder cinq couches de polymère avec formation d'un tube cylindrique On trouve -6- une couche externe en PET, ensuite une couche d'adhésif, ensuite une couche d'un polymère barrière, suivie d'une cou- che d'adhésif et de la couche interne en PET Ces polymères peuvent être extrudés simultanément en un seul tube cylindri- que multi-couches en utilisant une filière sans croisillons comme celle décrite dans le brevet américain 4249875 de la Demanderesse. On se réfère à la Figure 4, qui représente une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la partie supérieure du conteneur 101 décrit à la Figure 1, afin de montrer la structure de la partie annulaire 109 striée Dans cette Figure 4, on montre le goulot fileté 107 en coupe, auquel est attaché intégralement la partie périphérique annulaire 109, qui se projette radialement au dehors de la surface du goulot 107 sur une certaine distance On place une série d'ergots de soudure par rotation 114 disposés symétriquement sur le pourtour de la partie annulaire 109. Ces ergots 114 sont adaptés pour être engagés sur un mandrin de soudage par rotation, destiné à donner un mouvement de rotation à la partie supérieure 105. Si on se réfère-de nouveau à la Figure 1, on voit que l'on a découpé une encoche 116 dans la paroi de la bride 112 à l'extrémité inférieure de la partie 102 Cette entaille est découpée dans le rebord inférieur du conteneur et sert de repère pour l'impression d'un label sur ce conteneur et de repère également pour que la surface préférée de ce label se trouve dans une direction faisant face à l'extérieur quand le conteneur est placé dans un emballage secondaire, par exemple dans un emballage par groupe de six Ceci intéresse particulièrement les vendeurs de boissons qui demandent que la marque de leurs produits soit visible des clients, lorsque les conteneurs sont disposés dans un super-marché. On peut également placer un ergot dans la partie supérieure 103 plutôt que de découper une entaille 116 dans la bride 112 On peut également placer un ergot sur le rebord 111 de la partie inférieure 104, qui ne serait donc - 7- pas visible du côté ou du dessus du conteneur 101 Le mode d'emplacement de l'encoche 116 représente le mode préféré d'exécution pour des raisons d'emballage secondaire. L'encoche 116 permet une orientation de la bouteille, ainsi qu'un support supplémentaire pour le conteneur si on passe une tige dans la fente 116. La Figure 2 montre une vue de la partie supérieure avant d'être soudée à la partie centrale 102 Cette vue montre que ces parties supérieures 105 peuvent s'emboîter les unes dans les autres Dans cette Figure 2, on a dessiné en pointillé une seconde partie supérieure 105 emboîtée dans la première Ce fait est très important lorsque l'on fabrique des conteneurs à grande échelle car beaucoup de conteneurs sont fabriqués en un endroit et doivent être transportés en un autre endroit en vue du remplissage Dans le cas de bouteilles en PET de un ou deux litres, celles-ci sont fabriquées en une seule pièce et transportées vides à l'endroit du remplissage Normale- ment, un camion ou un wagon, rempli à pleine capacité avec ces bouteilles, ne transportera environ qu'un ving- tième de sa charge normale, compte tenu qu'il transporte des bouteilles vides Le transporteur est 'donc payé pour transporter de l'air Selon la présente invention, on transporte des bouteilles emboîtées, comme indiqué aux Figures 2 et 3, ce qui accroît l'efficacité du transport. La Figure 3 montre d'ailleurs l'emboîtement des parties inférieures 104, une seconde partie 104 emboîtée étant dessinée en pointillé La Figure 2 montre l'économie d'espace résultant de la technique de la présente invention, si on considère la distance sur laquelle la partie supérieure 105, dessinée en traits interrompus, ressort d'une autre partie 105, en traits pleins, dans laquelle ell est emboîtée, on voit que la partie emboîtée occupe un espace supplémentaire qui est environ le tiers de l'espace original de cette partie On peut dès lors transporter un plus grand nombre de parties 105 emboî- tées et économiser deux-tiers du coût du transport. 8 - En plus des économies ainsi réalisées, il faut encoçe mentionner celle provenant du fait de l'utilisa- tion d'un cylindre coextrudé pour la partie centrale du conteneur qui peut être fabriquée à l'endroit du remplis- sage des bouteilles Cela nécessite uniquement un appro- visionnement en granulés de polymère, ceux-ci étant aisément transformés par extrusion en tubes cylindriques. Par conséquent, la conception des conteneurs d'après la présente invention permet une économie importante des frais de transport des conteneurs vides ainsi qu'une amélioration de certaines caractéristiques, notamment la résistance, du conteneur vide provenant de la technique de fabrication par soudage par rotation. La figure 5 montre une autre version de la partie inférieure du conteneur Dans cette Figure 5, on forme une partie inférieure 204 ayant une bride périphérique en U 212 destinée à la soudure par rotation, et une partie flexible rentrante 211 La partie centrale 210 comprend une partie cylindrique montante 210 qui sert de réceptacle et qui est adaptée pour recevoir le goulot supérieur 107 d'un autre conteneur On visse un bouchon 115 sur le goulot 107 L'épaulement inférieur 213 du réceptacle est dimensionné pour venir en contact avec la partie annulaire 109 de la bouteille située en-dessous et sur laquelle la partie inférieure 204 est fixée Le réceptacle 210 formé dans la partie inférieure 204 permet d'empiler les bouteilles remplies sur l'étagère de stockage ou dans un étalage, cet empilement étant stable et permettant de présenter les produits de façon attrayante. Un désavantage des conteneurs antérieurs comme les bouteilles en verre et les bouteilles en plastique du type à paraison réside dan Sle fait qu'elles ne s Dnt pas très stables et qu'elles ne peuvent pas être empilées sans devoir disposer une planche ou une feuille entre -9- chaque couche de conteneurs Ainsi, quand le revendeur comme le propriétaire d'un supermarché souhaite disposer plusieurs rangées de produits, il doit consacrer du temps et de l'argent pour placer des feuilles entre chaque rangée. Selon la présente invention, et grâce à l'utilisa- tion de bouteilles munies d'un réceptacle cylindrique 210, disposé à la partie inférieure de chacune des bouteilles, le goulot 107 comportant un bouchon 115 peut pénétrer dans ce réceptacle 210 d'un conteneur rempli, dont le poids est supporté par la forte partie annulaire 109 du conteneur venant juste en-dessous. Bien que les parties supérieures 103 et les parties inférieures 104 et 204 puissen être formées par les procédés conventionnels de moulage par injection, on peut cependant utiliser d'autres procédés pour les réaliser et notamment celui décrit dans la demande de brevet français No 8214925 déposée au nom de la Demanderesse et qui présente plusieurs avantages par rapport aux méthodes antérieures Dans cette demande de brevet, on enseigne que l'on chauffe une feuille pouvant comporter une ou plusieurs couches de polymères à une température supérieure à celle d'orientation touten appliquant une pression d'air sur cette feuille, ce qui fait pénétrer la feuille vers le bas dans un moule de pré-formage pour former une pamison Il se produit un certain refroidisse- ment de la pré-forme et la température du polymère retombe dans l'intervalle d'orientation A ce moment on applique une forte pression d'air dans la pré-forme, ce qui fait remonter la feuille dans un moule final o elle prend sa configuration définitive par étirage, ce qui lui confère une orientation biaxiale qu'on ne peut obtenir avec les procédés de moulage par injection L'utilisation de cet appareil permet d'obtenir les parties supérieures et inférieures du conteneur de la présente invention avec une orientation suffisante pour obtenir des caractéristi- ques optimum du point de vue barrière et résistance On - peut également améliorer cet effet barrière en utilisant une feuille coextrudée pour fabriquer des parties supérieures et inférieures de conteneur ayant une couche intermédiaire en un polymère ayant des propriétés barrière. Lors d'une opération normale, on forme un conteneur de boisson en utilisant les trois parties décrites dans les Figures 2 à 5 Généralement, la partie supérieure 105 formée par injection ou thermoformage, et ayant une bride 113 de soudage par rotation dirigée vers le bas, est en- sujie placée dans un mandrin d'un appareil de soudage par rotation La partie cylindrique 102, formée par extrusion ou extrusion-soufflage, est placée dans le mandrin central de l'appareil de soudage par rotation La partie infé- rieure 104 ou 204 avec bride 112 tournée vers le haut est placée dans le mandrin inférieur de l'appareil de souda- ge De préférence, le mandrin central est statique tandis que les autres mandrins sont animés d'un mouvement de rota- tion Après avoir placé les trois parties de conteneur à leurs endroits respectifs, on fait tourner les mandrins inférieur et supérieur très rapidement par rapport au mandrin central Bien que les mandrins supérieur et inférieur peuvent tourner dans le même sens, il est préférable qu'ils tournent en sens opposés pour éliminer la torsion de l'un par rapport à l'autre Après avoir atteint une vitesse de rotation prédéterminée qui est choisie en fonction du polymère utilisé et du jeu d'inter- férence dans les brides ae soudage par rotation 112 et 113, les parties inférieure et supérieure sont mises en contact avec la partie centrale qui est introduite dans la partie en U de la bride, provoquant une fusion temporaire du plastique et permettant la soudure des différentes parties. Ceci forme un joint hermétique net et tenace dans les bri- des 112 et 113. La résistance par cerclage, obtenue par les joints 112 et 113 soudés par rotation, contribue à augmenter la résistance globale du conteneur De plus, les épaulements de ces brides 112 et 113 s'étendant radialement vers il - l'extérieur, définissent une zone protégée pour placer un label sur le conteneur fini Lorsque -l'on colle ou l'on imprime un label sur la partie centrale 102 du conteneur, les brides annulaires 112 et 113 entrent en contact avec les bouteilles adjacentes et ceci évite tout frotte- ment ou risque d'effacement du label, ce qui est très important pour le commerçant. Parmi les avantages des conteneurs de la présente invention, on peut notamment citer la faculté de s'em- boîter facilement pour leur transport, la faculté de les empiler facilement dans les étalages, leur bonne résistan- ce par cerclage grâce aux joints soudés par rotation, ainsi que la faculté de placer des marques décoratives que l'on efface difficilement. Un autre avantage particulier de l'invention réside dans le fait qu'elle permet la fabrication des divers composants du conteneur par diverses méthodes pour obtenir les meilleures caractéristiques pour chacun des constituants C'est la raison pour laquelle les parties supérieure et inférieure sont fabriquées pour obtenir les meilleures propriétés barrière et de résistance, tandis que la partie centrale est fabriquée par une autre méthode permettant d'améliorer les propriétés d'orientation et les propriétés barrière On peut cependant encore améliorer certaines autres caractéristiques; ainsi, grâce à la soudure par rotation des parties inférieures et supérieures sur la partie centrale, ou augmente la résistance de l'ensemble du conteneur, par un cerclage, tout en assurant une protection à la marque décorative grâce aux rebords créés De plus, le fait de prévoir une partie centrale allongée assure un maximum de surface pour placer une marque décorative relative aux aliments ou à la boisson contenus dans le conteneur - De plus, la technique de la présente invention permet de fabriquer des conteneurs à surface externe amé- liorée pour recevoir le label imprimé et/ou peint Ainsi par exemple, lorsque la partie cylindrique centrale 102 12 - est obtenue par coextrusion, on peut disposer comme derniè- re couche, c'est-à-dire la couche externe, une couche en un matériau opaque semi-poreux, comme le polystyrène, résistant aux chocs ou non, le polychlorure de vinyle ou le polypropylène, la surface convenant alors particulièrement pour être imprimée avec des couleurs vives par des procédés usuels. On peut former la partie supérieure 103 de la bouteille en un matériau transparent et résistant comme le polyéthylène téréphtalate (PET) qui permet ainsi au client de voir le produit dans la bouteille De même, on peut choisir un matériau peu coûteux comme le poly- styrène ou le polystyrène choc pour fabriquer la partie inférieure Le choix des différents matériaux dépend évidemment de leur compeibi ité lors du soudage par rota- tion Par exemple, les surfaces de contact dans les brides des parties supérieure 103 et inférieure 104 doivent être compatibles avec les surfaces interne et externe de la partie centrale 102, de manière à pouvoir souder ces surfaces par rotation La compatibilité des divers matériaux qui peuvent être utilisés est bien connue de l'homme de l'art. La description donnée ci-dessus concerne la production de bouteilles d'après la technique de la présente invention, mais on peut utiliser cette technique pour fabriquer des boîtes pour boissons ou produits alimentaires, ces boîtes n'étant utilisées qu'une seule fois Dans ce cas, au lieu d'une partie supérieure avec goulot 103, le conteneur a une partie supérieure circulaire, relativement plate, fermant la boîte Cette partie supérieure comporte une attache que l'on peut facilement soulever et arracher pour ouvrir la boîte La partie supérieure peut être soudée par rota- tion à la partie centrale cylindrique 102, à la place de la partie supérieure 103 représentée sur les Figures annexées. Des modifications et améliorations peuvent être 13 - apportées aux modes d'exécution décrits ci-dessus, sans sortir du cadre de la présente invention. 14 - Revendications: 1 Conteneur thermophstique destiné à l'emballage de produits alimentaires, nourriture et boissons, présentant une faible perméabilité aux gaz au moins sur une partie, caractérisé en ce qu'il comprend: une partie supérieure formée à partir d'un premier polymère, ayant un dispositif de fermeture au-dessus et à la base une bride en forme de U disposée périphéri- quement autour de cette partie supérieure; une partie inférieure, formée à partir d'un second polymère, ayant au sommet une bride en forme de U dispo- sée périphériquement autour de cette partie; une partie centrale comprenant un membre tubulai- re cylindrique, formé à partir d'un troisième polymère compatible avec les deux premiers; les parties inférieure et supérieure étant hermétiquement soudées à la partie centrale par un procé- dé de soudure par rotation. 2 Conteneur thermoplastique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'a partie supérieure comprend un goulot cylindrique fileté, un anneau de remplissage s'étendant tout autour du goulot et ayant des ergots pour le soudage par rotation, une partie en épaulement et une partie cylindrique s'étendant vers le bas et comportant à sa base une bride pour le soudage par rotation. 3 Cateneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure comprend une surface relativement plane ayant un dispositif d'ouverture, cette partie étant entourée par une bride s'étendant vers le bas, pour le soudage par rotation. 4 Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie tubulaire centrale comprend un cylindre multicouche ayant une couche interne et une couche externe en un polymère résistant, et une couche intermédiaire ayant des caractéristiques de faible perméabilité aux gaz. Conteneur selon la revendication 1, caractérisé en - ce qu'il comprend également un repère pour placer le con- teneur en une position prédéterminée dans un second emballage pour présenter vers l'extérieur une partie - bien déterminée. 6 Conteneur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le repère consiste en une fente formée dans la par- tie la plus basse du conteneur. 7 Conteneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la partie inférieure comprend un dispositif pour empiler les conteneurs et adapté pour recevoir d'une manière ajustée le sommet d'un second conteneur. 8 Procédé de fabrication du conteneur décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à thermoformer une partie supérieure avec une embouchure filetée et um paroi cylindrique; thermoformer une partie inférieure; extruder une partie centrale cylindrique sur laquelle on soude par rotation la partie supérieure et la partie inférieure.