Brevet FR2594742A1 — publié le 19870828

-1 - Procédé et dispositif pour mouler par injection des préformes tubulaires en matière thermoplastique La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour mouler par injection des préformes tubulaires en matière thermoplastique de faible épaisseur et de grande longueur qui conviennent particulièrement pour la production, par moulage par soufflage, de flacons, et plus particulièrement de flacons biorientés moléculairement, de capacité supérieure à un litre. La technique de production de flacons en certaines matières thermoplastiques éventuellement biorientés par moulage par injection d'une préforme et moulage par soufflage subséquent de cette préforme est actuellement limitée en ce qui concerne la capacité desflacons réalisables. En effet, du fait de la limitation du taux d'étirabilité de certaines matières thermoplastiques, notamment à leurs températures d'orientation moléculaire, et de la limitation du diamètre des préformes injectées lié au diamètre de leur goulot, il s'avère nécessaire, pour produire des flacons de grande capacité, de réaliser des préformes ayant une longueur supérieure à 150 mm et une épaisseur de paroi assez réduite de l'ordre de 1 à 2 mm. Ainsi, par exemple, pour réaliser un flacon classique en polychlorure de vinyle biorienté d'une capacité de 1,5 1 pesant g et ayant un goulot dont le diamère interne est de 24 mm, il convient de réaliser au préalable une préforme injectée ayant une longueur de 200 mm et une épaisseur de paroi de 1,7 mm. Ces deux paramètres, épaisseur faible et grande longueur, constituent des obstacles sérieux pour une injection correcte de préformes dans une installation industrielle qui implique: - l'injection en un seul point une haute précision d'injection -2- - une nécessité d'éviter tout risque de dégradation thermique du matériau constitutif - une grande régularité d'épaisseur. Or, le fait de devoir injecter des préformes de grande longueur sous une faible épaisseur entratne notamment un risque d'injection incomplète ou d'injection de préformes d'épaisseur irrégulière suite à un décentrage et/ou à un flambage du noyau interne du moule d'injection. La présente invention a, dès lors, pour objet de fournir un procédé et un dispositif qui permettent d'éliminer les problèmes sus-mentionnés et qui conduisent à la production industrielle de préformes en matière thermoplastique de grande longueur et de faible épaisseur de grande qualité qui conviennent parfaitement pour la production de flacons et, en particulier, de flacons biorientés. Le procédé pour mouler par injection des préformes tubulaires en matière thermoplastique de faible épaisseur et de grande longueur conforme à l'invention se caractérise en ce qu'on effectue l'injec- tion de la matière thermoplastique dans ul moule d'injection de préformes dont le volume de la cavité d'injection initialement réduit axialement est agrandi progressivement dans la direction de l'axe longitudinal de la préforme au fur et à mesure de son remplis- sage par la matière thermoplastique injectée et, ce jusqu'à l'obten- tion d'une cavité de moulage finale de volume et de forme corres- pondant à celle de la préforme à réaliser, le rapport entre le volume réduit et le volume final de la cavité de moulage étant compris entre 1:1,5 et 1:100. En procédant de cette façon, il apparaît que la matière thermo- plastique injectée ne doit effectuer qu'un parcours très limité dans la cavité d'injection ce qui réduit tout risque de figeage de cette matière et partant d'un remplissage incomplet de la cavité d'injection. En outre, la cavité d'injection n'atteint sa longueur maximale qu'à la fin du cycle d'injection ce qui réduit tout risque de décentrage ou de flambage du noyau du moule d'injection, ce noyau étant par ailleurs soutenu et maintenu par la matière thermo- -3- plastique en voie de solidification injectée au début du cycle d'injection. Par ailleurs, dans le procédé selon l'invention, il n'est pas nécessaire d'amener la matière thermoplastique injectée à une température maximum compatible avec sa stabilité en vue de la rendre la plus fluide possible et, dès lors, tout risque de dégra- dation thermique est affaibli en particulier lors de la mise en oeuvre de matières thermoplastiques thermosensibles telles que le polychlorure de vinyle. Enfin, dans le procédé selon l'invention la pression d'injection peut être considérablement diminuée ce qui réduit encore le risque d'un décentrage du noyau d'injection. Selon un mode de réalisation du procédé qui est préféré, l'agrandissement progressif de volume de la cavité d'injection est contr8lée en fonction de la vitesse d'injection de la matière thermoplastique injectée de façon à maintenir constamment sous pression la matière thermoplastique injectée. Ce moyen contribue également à réduire à néant tout risque de remplissage incomplet de la cavité d'injection. Dans un mode de réalisation du procédé qui peut se révéler avantageux, ont peut lubrifier une partie ou la totalité des parois internes du moule d'injection pour favoriser l'écoulement de la matière thermoplastique injectée et pour réduire tout frottement entre la préforme injectée et les éléments constituant le moule d'injection durant le cycle d'injection. L'invention concerne également un dispositif qui est particu- lièrement adapté pour réaliser le procédé conforme à l'invention. Le dispositif conforme à l'invention comporte une presse d'injection équipée d'une buse d'injection et au moins un moule d'injection constitué de deux demi-matrices complémentaires externes et d'un noyau interne coaxial définissant une cavité d'injection qui se caractérise en ce que les deux demi-matrices externes et le noyau interne sont déplaçables les unes par rapport à l'autre dans la direction de leur axe longitudinal commun durant le cycle d'injec- tion. Le déplacement relatif des éléments constitutifs du moule d'injection peut être obtenu par tout moyen adéquat et notamment au -4moyen de commandes hydrauliques, pneumatiques ou mécaniques. Ces moyens sont, de préférence, contr6lés en fonction de la vitesse d'injection de la presse d'injection. Dans le dispositif selon l'invention, les deux demi-matrices externes et le noyau interne du moule d'injection sont, au début d'un cycle d'injection, disposés de façon telle que ces éléments délimitent entre eux une cavité d'injection de volume réduit par rapport au volume de la préforme à mouler, le rapport entre ces volumes pouvant varier entre 1:1, 5 et 1:100 et, de préférence entre 1:2 et 1:50. Durant le cycle d'injection d'une préforme, ces mêmes éléments sont déplacés les uns par rapport à l'autre de façon à agrandir axialement progressivement le volume de la cavité d'injection et d'amener celle-ci au volume et à la forme de la préforme à mouler. Ainsi qu'il a été dit, les moyens assurant ce déplacement relatif des éléments constitutifs du moule d'injection sont, de préférence, asservis à la vitesse d'injection du matériau consti- tutif de la préforme. En général, on préfère que cet asservissement soit tel que la pression d'injection soit maintenue constante durant le cycle d'injection. L'agrandissement progressif de volume de la cavité d'injection dans le sens axial peut, au choix, être obtenu en maintenant fixe le noyau interne et en déplaçant axialement et simultanément les deux demi-matrices externes, en maintenant fixes les deux demi- matrices externes et en déplaçant axialement le noyau central ou encore en déplaçant axialement le noyau interne et les deux demi- matrices externes axialement dans des sens inverses. Ainsi qu'il est de pratique usuelle, le noyau interne et les deux demimatrices externes sont équipés d'élémentsde réfrigération et le noyau interne peut être équipé d'une soupape de mise à l'air qui est exploitée lors du démoulage de la préforme, ce démoulage pouvant être obtenu notamment au moyen d'un éjecteur mécanique associé au noyau interne et actionné après l'ouverture du moule d'injection à la fin du cycle d'injection. -5 - Selon un mode de réalisation du dispositif selon l'invention qui se révèle intéressant lorsqu'on utilise un seul moule d'injection, l'extrémité de la buse d'injection peut avantageusement être profilée de façon à constituer le fond externe du moule d'injection en collaboration avec les deux demi-matrices externes. Selon un autre mode de réalisation du dispositif selon l'inven- tion qui se révèle intéressant lorsqu'on utilise une presse d'injec- tion équipée d'une pluralité de moules d'injection, les moules d'injection peuvent comporter une pièce de fond externe qui est déplaçable par rapport aux demi-matrices externes. Enfin, dans le dispositif conforme à l'invention, on préfère en général que les demi-matrices externes délimitent avec le noyau interne une cavité d'injection initiale permettant le moulage définitif du col de la préforme à réaliser. A cette fin, les empreintes des demi-matrices externes peuvent comporter les gravures nécessaires pour mouler le col de la préforme à réaliser. Le dispositif conforme à l'invention et son fonctionnement sont, en outre, explicités plus en détail dans les descriptions qui vont suivre, de deux modes de réalisation préférentiels donnés à titre illustratif. La première concerne un dispositif comportant un seul moule d'injection et la seconde un dispositif pouvant être équipé d'une pluralité de moules d'injection montés, par exemple, sur un système à barillet. Dans ces descriptions, on se référera aux figures des dessins annexés dans lesquelles: les figures 1 à 3 montrent, en coupe, le premier dispositf dans différents stades de son fonctionnement lors d'un cycle de moulage par injection d'une préforme tubulaire les figures 4 à 9 montrent, en coupe, le second dispositif dans différents stades également de son fonctionnement lors d'un cycle de moulage par injection d'une préforme tubulaire. Premier dispositif Ainsi qu'il apparaît aux figures 1 à 3, le dispositif conforme à l'invention comporte une presse d'injection 1, partiellement représentée, équipée dune buse d'injection 2 et un moule d'injection -6comportant principalement deux demi-matrices externes 3, 4 et un noyau interne coaxial 5 équipé d'un éjecteur 6 et d'une soupape 7 de mise à l'air partiellement représentée. La buse d'injection 2 a son extrémité 8 profilée en demi-sphère de façon à constituer le fond externe du moule d'injection en collaboration avec les deux demi-matrices externes 3, 4. Enfin, conformément à l'invention, les deux demi-matrices externes 3, 4 peuvent être déplacées axia- lement selon la direction des flèches F par des moyens non repré- sentés. Au début du cycle d'injection d'une préforme 9, ainsi qu'il est représenté à la figure 1, les deux demi-matrices externes 3, 4 sont en position haute de façon à délimiter avec le noyau interne 5 une cavité d'injection intiale dont le volume est nettement inférieur à celui de la préforme 9 à produire. Au cours de l'injection, les deux demi-matrices externes 3, 4 sont déplacées vers le bas de façon à accroître progressivement le volume de la cavité d'injection dans le sens axial. Le déplacement progressif et simultané des deux demi-matrices externes est effectué à une vitesse telle que compte tenu de la vitesse d'injection de la presse, la matière thermoplastique injectée dans la cavité d'injec- tion soit maintenue sous une pression constante. A la fin de l'injection, les deux demi-matrices occupent la position représentée à la figure 2 et délimitent avec l'extrémité 8 de la buse d'injection 2 et avec le noyau interne 5 une cavité correspondant exactement à la préforme tubulaire désirée. Dès que la préforme tubulaire 9 ainsi moulée par injection est suffisamment refroidie, les deux demi-matrices externes 3, 4 sont déplacées latéralement (figure 3) et la préforme 9 moulée et écartée de l'extrémité de la buse d'injection 2 peut être extraite du noyau interne 5 au moyen de l'éjecteur 6. Il convient encore de noter que les empreintes des deux demi- matrices externes 3, 4 sont gravées de façon à permettre l'obtention d'une préforme moulée 9 équipée d'un col 10 moulé de façon définitive. Avec le dispositif ainsi décrit, il est possible de produire des préformes tubulaires de grande longueur et d'épaisseur de paroi -7- très régulière qui conviennent parfaitement pour le moulage de corps creux par soufflage et particulièrement pour le moulage de corps creux biorientés moléculairement par conditionnement thermique préalable des préformes. Second dispositif Ainsi qu'il apparalt aux figures 4 à 9, le dispositif conforme à l'invention comporte également une presse d'injection 11 partiel- lement représentée équipée d'une buse d'injection 12 et une pluralité de moules d'injection, dont un seul est représenté, comportant principalement deux demi-matrices externes 13, 14 et un noyau interne coaxial 15 équipé d'un éjecteur 16 et d'une soupape 17 de mise à l'air partiellement représente. Chaque moule d'injection comporte en outre une pièce externe de fond 18 de forme tubulaire et qui s'adapte coaxialement autour de la buse d'injection 12. La pièce externe de fond est profilée dans sa partie terminale selon la forme à conférer à la préforme 19 à mouler et cette partie terminale comporte un canal central d'injection 20 coaxial avec la buse d'injection 12. L'autre extrémité de la pièce externe de fond 18 est équipée d'un rebord annulaire externe 21 qui peut être solidarisé avec un rebord annulaire 22 prévu sur la buse d'injection 12 par l'intermédiaire de mâchoires amovibles 23. Les mâchoires 23 permettent donc de solidariser la pièce externe de fond 18 avec la buse d'injection 12 lorsque cette pièce de fond 18 est enfilée à fond sur la buse d'injection 12. Conformément à l'invention, les deux demi-matrices externes 13, 14 peuvent être déplacées axialement selon la direction des flèches F1 et le long de la pièce externe de fond 18 et du noyau central 15 par des moyens non représentés. Au début d'un cycle d'injection d'une préforme 19 ainsi qu'il est représenté à la figure 4, le moule d'injection en travail se trouve en position haute. Dans cette position, la pièce externe de fond 18 est enfilée à fond sur la buse d'injection 12 et solidarisée avec celle-ci par l'intermédiaire de mâchoires amovibles 23. En outre, les demi- matrices externes 13, 14 occupent également une position haute et définissent avec la pièce externe de fond 18 et avec le noyau interne 15 une cavité d'injection de volume réduit axialement par rapport au volume de la préforme 19 à réaliser. -8- Durant l'injection de la matière thermoplastique, les deux demi-matrices externes 13, 14 sont déplacées axialement progres- sivement vers le bas (figure 5) de façon à agrandir axialement la cavité d'injection et à amener celle-ci au volume et à fa forme de la préforme 19 à produire. A la fin du cycle d'injection, les mâchoires amovibles 23 libèrent la pièce externe de fond 18 et l'ensemble du moule d'injec- tion, constitué par des demi-matrices externes 13, 14 se déplace vers le bas et se dégage de la buse d'injection (figure 6). Lorsque la pièce externe de fond 18 est complètement dégagée de la buse d'injection (figure 6), le moule d'injection est déplacé latéralement (flèches F2) vers un poste d'éjection (figure 7) en passant éventuellement par plusieurs postes successifs intermé- diaires de refroidissement et un autre moule d'injection peut être amené directement en position de travail à la verticale de la buse d'injection 12. Lorsque le moule atteint le poste d'éjection (figure 7), des mâchoires mobiles 24 saisissent la partie de la pièce externe de fond 18 qui émerge du moule d'injection et assurent le maintien de cette pièce tandis que les demi-matrices externes sont écartées latéralement l'une de l'autre de façon à libérer la préforme moulée 19 qui reste maintenue sur le noyau interne 15. Après cet écartement, les mâchoires mobiles 24 sont déplacées vers le haut et l'éjecteur 16 peut extraire la préforme du noyau interne 15 (figure 8), la soupape de mise à l'air 17 étant ouverte. Après éjection de la préforme, les mâchoires mobiles 24 sont ramenées à leur position initiale par un déplacement vers le bas et les demimatrices externes 13, 14 sont rapprochées pour reconstituer le moule d'injection autour de la pièce externe de fond 18 qui peut alors être libérée par les mâchoires mobiles 24 (figure 9). Le moule d'injection est alors amené à nouveau à la verticale de la buse d'injection 12 de façon à pouvoir exécuter un nouveau cycle de moulage. A cet effet, le moule d'injection est déplacé axialement vers le haut jusqu'à remise en position de la pièce externe de fond 18 --9-- sur la buse d'injection 12 et maintien de celle-ci par les mâchoires 23 et jusqu'à remise en position de départ de demi-matrices externes 13, 14 (figure 4). Il convient encore de noter que les empreintes des deux demi- matrices externes 13, 14 sont également gravées de façon à permettre l'obtention d'une préforme moulée 19 équipée d'un col 25 moulé de façon définitive. Le dispositif tel que décrit rend possible l'utilisation d'une pluralité de moules d'injection mis en service successivement et permet avec une bonne productivité la réalisation de préformes tubulaires d'épaisseur de paroi régulière et de grande longueur qui conviennent parfaitement pour la production de corps creux par soufflage et, en particulier, de corps creux biorientés moléculairement. -10- R E V E N D I CATIONS 1 - Procédé pour mouler par injection des préformes tubulaires en matière thermoplastique de faible épaisseur et de grande longueur caractérisé en ce qu'on effectue l'injection de la matière thermo- plastique dans un moule d'injection de préformes dont le volume de la cavité d'injection initialement réduit axialement est agrandi progressivement dans la direction de l'axe longitudinal de la préforme au fur et à mesure de son remplissage par la matière thermoplastique injectée jusqu'à obtention d'une cavité d'injection finale de volume et de forme correspondant à ceux de la préforme à réaliser, le rapport entre le volume réduit et le volume final de la cavité d'injection étant compris entre 1:1,5 et 1:100. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agrandissement progressif du volume de la cavité d'injection est contr6lé en fonction de la vitesse d'injection de la matière thermo- plastique de façon à maintenir constamment sous pression la matière thermoplastique injectée. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on lubrifie les parois internes du moule d'injection. 4 - Dispositif pour réaliser le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comportant une presse d'injection (1) équipée d'une buse d'injection (2) et au moins un moule d'injection constitué de deux demi-matrices complémentaires externes (3), (4) et d'un noyau interne coaxial (5) définissant une cavité d'injection caractérisé en ce que les deux demi-matrices externes (3), (4) et le noyau interne (5) sont déplaçables les unes par rapport à l'autre dans la direction de leur axe longitudinal commun durant le cycle d'injection. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le déplacement relatif des éléments constitutifs du moule d'injection est assure par une commande contr6lée en fonction de la vitesse d'injection de la presse d'injection (1). -11- 6 - Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'extrémité (8) de la buse d'injection (2) est profilée-de façon à constituer le fond externe du moule d'injection en collabo- ration avec les deux demi-matrices externes (3), (4). 7 - Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moules d'injection comportent une pièce de fond externe qui est déplaçable par rapport aux demi-matrices externes (3), (4). 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les demi-matrices externes (3), (4) délimitent avec le noyau inerne (5) une cavité d'injection permettant le moulage d'une préforme tubulaire (9) équipée d'un col moulé (10).