Brevet FR2684594A1 — publié le 19930611

La présente demande concerne un procédé de fabrication de conteneurs en matière plastique, un dispositif de mise en oeuvre, de nouveaux conteneurs en matière plastique et leur application, notamment à l'emballage de denrées alimentaires. Les conteneurs en matière plastique, dénommés ci-après barquettes, sont largement répandus pour l'emballage de divers éléments, notamment des aliments. Les barquettes sont obtenues habituellement par thermoformage à l'aide d d'air comprimé et si désiré par assistance mécanique pour obtenir par exemple une forme plus particulière. Toutefois, les barquettes ont une épaisseur irrégulière et à certains points critiques, notamment les coins, l'épaisseur peut devenir très faible, et donc la barquette être très fragile à ce niveau; une rupture du matériau peut même se produire dès la fabrication de la barquette. Pour éviter ces problèmes, on a jusqu'à présent surdimensionné l'épaisseur de la plaque de matière plastique pour avoir ainsi une certaine sécurité au niveau des points sensibles. Cette technique entraîne une perte de matière première généralement de l'ordre de 50% ou plus. C'est pourquoi il serait souhaitable de disposer de barquettes ayant une résistance très homogène, sans point particulièrement faible, qu'on préparerait avec le minimum de matière première, donc avec un coût matière première diminué, et répondant de ce fait partiellement aux problèmes de destruction ou recyclage des barquettes une fois utilisées. De plus, il serait souhaitable de disposer de barquettes dont l'épaisseur des parois serait contrôlée, à savoir que certaines parties seraient volontairement plus minces, ou au contraire plus épaisses que d'autres sans que ces effets soient une conséquence nécessaire de la mise ne oeuvre des techniques connues. C'est pourquoi la demanderesse a mis au point un procédé de fabrication de barquettes en matière plastique par thermoformage, caractérisé en ce que l'on procède, lors du thermoformage, à un transfert de matière plastique des parties subissant une faible élongation vers les parties subissant une plus forte élongation. Le procédé par thermoformage est bien connu pour les barquettes en matière plastique. Il consiste mettre en oeuvre une plaque de matière, habituellement sous forme de rouleau qu'on dévide, à lui faire subir un chauffage homogène, à la mettre en regard d'une forme en creux de moulage reliée à un dispositif de mise sous pression réduite, à bloquer le pourtour de la plaque, à faire le vide partiel, à aider au besoin le déplacement de la matière vers les contours de la forme à l'aide d'un piston (cas de l'emboutissage), puis à couper et éjecter la barquette en trois dimensions ainsi obtenue. Dans ce qui suit et selon le contexte, on appellera "plaque" soit la plaque en matière plastique, par exemple en rouleau, destinée à la réalisation d'une quantité de barquettes, soit la partie de la plaque cidessus correspondant à une seule barquette. La matière plastique utilisée peut être par exemple le chlorure de polyvinyle (PVC), le polyéthylène (PE), ou l'APET (polyester amorphe). Lorsque l'on traite une plaque par thermoformage, celle-ci passe d'une plaque en deux dimensions à une forme en trois dimensions, comportant un fond, des côtés et un rebord de surface. La matière subit en conséquence des élongations différentes selon les différents points de la barquette. Par exemple dans le cas d'une seule barquette rectangulaire de longueur L et de largeur 1 et si l'on prend comme point de référence le centre de la plaque rectangulaire à transformer, correspondant à une seule barquette, les deux points situés à la périphérie de la longueur L de la plaque en face du centre sont écartés l'un de l'autre du minimum, correspondant à la largeur 1. Lors du passage à une forme en trois dimensions (ci-après 3D) si la barquette a une profondeur p, l'allongement de 1 sera de 2 p. L'allongement rapporté à la largeur (allongement relatif) sera important; il en résulte un amincissement également important de l'épaisseur de la matière plastique aux niveaux situés entre ces deux points. Au contraire les points situés à la périphérie de la largeur en face du centre sont plus écartés l'un de l'autre que les points ci-dessus (par exemple 2 fois plus si L = 2 1) l'allongement restant de 2 p; ces points "disposent" donc deux fois plus de matière pour un allongement identique, et la matière située entre ces deux points sera donc moins sollicitée lors de la mise en forme.La sollicitation de la matière est minimum au niveau des diagonales Dans le cas d'une barquette circulaire, les points périphériques sont tous équidistants du centre; cependant la zone annulaire du cercle de matière au niveau de la matière qui formera les côtés de la barquette sera plus sollicitée que les zones annulaires proches du centre. Même dans ce cas il y a donc une élongation différentielle de la matière, donc une fragilisation relative de certaines zones. Par "transfert de matière", dans le cadre de la présente invention l'on entend qu'une partie de la matière constitutive de la plaque va se déplacer, pendant l'emboutissage, des parties peu étirées vers les parties plus fortement étirés, de manière qu'après emboutissage, l'épaisseur de la plaque soit approximativement identique en tous points de la barquette formée en trois dimensions. Dans des conditions préférentielles de mise en oeuvre, le transfert de matière est réalisé par chauffage différentiel de la plaque. Par "chauffage différentiel" de la plaque, l'on entend que la plaque (assimilée à une forme en deux dimensions vu sa relativement faible épaisseur) est soumise à un chauffage d'intensité différente selon les différents points de sa surface. C'est ainsi que les parties devant subir le plus faible allongement relatif seront plus chauffées que les parties devant subir le plus fort allongement relatif. Ainsi, au moment de la mise en forme en trois dimensions, les parties les plus chauffées, donc plus malléables, seront plus facilement étirées, transférant leur matière vers d'autres zones, moins chauffées. On établit avantageusement un gradient de chauffage des différents points de la plaque, en fonction de l'allongement prévu. Pour diverses raisons, par exemple pour avoir une zone robuste à un emplacement particulier, pour une meilleure protection, on peut au contraire désirer créer des hétérogénéités contrôlées d'épaisseur de la matière plastique. On chauffera donc les diverses parties de la plaque de manière différente, en chauffant plus les parties que l'on souhaite les plus minces, en tenant compte bien sûr des élongations que créera le thermoformage. Le chauffage différentiel peut être obtenu comme suit : la plaque de chauffage par contact conventionnelle, à température homogène, est remplacée par une plaque comportant une multitude de résistances chauffantes individuellement actionnables et réglables en intensité. La plaque de matière peut aussi séjourner le temps nécessaire, aisément déterminable par expérimentation simple, devant un générateur d'infra-rouges envoyant des rayonnements d'intensité différente selon les points de la plaque, par exemple à l'aide de l'interposition d'un filtre à infra-rouges approprié, entre la plaque et un générateur d'infra-rouges homogènes ou par utilisation d'une multitude de générateurs réglables individuellement ou par petits groupes. Le chauffage différentiel est de préférence obtenu en évidant une plaque chauffante classique, par exemple à une profondeur d'autant plus importante que l'on souhaite une température plus faible, puis en remplissant les creux, pour restituer à la plaque sa planéité, à l'aide d'au moins un matériau thermiquement isolant tel que du Teflon (R) ou analogue, ou une céramique ou une résine céramique ou à base de fibres de carbone, de Kevlar(R), d'amiante ou autre. Le chauffage différentiel peut encore être obtenu par tout autre moyen par exemple par mise en oeuvre d'un procédé de chauffage direct de la plaque, d'un principe analogue à celui des ondes de longueur appropriée pour exciter directement les molécules d'eau des aliments ou boissons, le différentiel étant obtenu par interposition d'un filtre tel qu'un film. Par "plaque", l'on entend la plaque d'origine classique ainsi que par exemple une éventuelle contre plaque, à savoir une plaque mobile adaptable aux plaques existantes. Ainsi il est possible de continuer à utiliser un appareillage existant tout en le faisant bénéficier de la présente invention par l'adjonction d'une plaque supplémentaire. Le chauffage différentiel peut être si désiré directement calculé ou même piloté par un ordinateur comprenant le programme adéquat en fonction de la barquette désirée. En effet les données concernant la longueur et la largeur de la plaque étant connues, de même que l'emplacement et la profondeur des parois de la barquette étant déterminés, on peut en déduire l'allongement relatif des différents points de la plaque que l'on peut ainsi décomposer, par exemple en secteurs par rapport au centre de la plaque, pour en déduire le chauffage à procurer aux différents points, par exemple à chaque secteur. Un ordinateur peut aussi, avec le programme approprié piloter le chauffage direct, et aussi permettre de calculer les évidements à réaliser dans une plaque chauffante classique. C'est pourquoi la présente invention a aussi pour objet un procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est assisté par un programme d'ordinateur. La réalisation d'un tel programme est de la compétence de l'homme de l'art. La présente demande a aussi pour objet des dispositifs spécialement conçus pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit. La présente demande a plus particulièrement pour objet des plaques de chauffage par contact pour film en matière plastique caractérisées en ce que la température de contact de la plaque de chauffage est hétérogène et prédéterminée. Elle a plus particulièrement pour objet les plaques de chauffage par contact caractérisées en ce qu'une plaque classique comporte des évidements lesquels évidements sont comblés par une matière créant un obstacle à la propagation thermique. Cette matière peut être une des matières précédemment citées notamment le Téflon(R) ou ses analogues à base de dérivés fluorés. De telles plaques peuvent être réalisées simplement par fraisage d'une plaque conventionnelle, par exemple en aluminium, remplissage par une résine liquide polymérisable (par exemple par chauffage), polymérisation de ladite résine, puis en restituant la planéité de la plaque de chauffage ainsi que, si désiré, ses propriétés anti-adhérentes. La profondeur de l'usinage et le matériau écran employé seront fonction du résultat souhaité ; les déterminations précises sont du domaine de l'homme de l'art qui atteindra le résultat souhaité avec quelques expérimentations simples. Pour rappel, le Téflon (R) constitue un écran thermique d'environ 5,8.10-4 Cal. sec/cm2 /0C/cm. La présente demande a plus particulièrement pour objet les plaques ci-dessus caractérisées en ce qu'elles sont adaptables à un appareillage existant ; ainsi il n'est pas nécessaire de modifier fondamentalement l'appareillage précédemment utilisé. La présente demande a aussi pour objet les plaques caractérisées en ce qu'elles comportent une multitude de points de chauffage contrôlables individuellement ou par petits groupes. La présente demande a également pour objet les films écrans spécialement conçus pour des générateurs de chauffage de film en matière plastique pour installation de thermoformage. Les barquettes d'épaisseur homogène obtenues par emboutissage sont nouvelles. C'est pourquoi la présente demande a aussi pour objet les barquettes en matière plastique obtenues par emboutissage caractérisées en ce que l'épaisseur de la matière plastique est substantiellement homogène en tout point, notamment celles obtenues par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit. La présente demande a également pour objet un poste de chauffage pour plaque en matière plastique à emboutir, caractérisé en ce que le chauffage est différentiel selon les différents points de la plaque. Ce poste de chauffage est de préférence une plaque chauffante différentielle, réalisée notamment par évidement d'une plaque chauffante classique et remplissage à l'aide d'un isolant thermique. La présente demande a enfin pour objet l'application du procédé ou des barquettes ci-dessus à l'industrie notamment alimentaire. Les exemples suivant illustrent la présente invention sans toutefois la limiter La figure 1 donne un exemple de sectorisation (détaillée sur un quart seulement) d'une plaque à emboutir, en vue de la détermination d'un chauffage différentiel à mettre en oeuvre. La figure 2 représente, pour un quart de plaque à emboutir, l'écartement d'un certain nombre de points périphériques par rapport au centre de la barquette (colonne de droite) ainsi que l'écartement de ces points périphériques avant thermoformage (colonne de gauche). Elle schématise aussi uniquement deux plaques avant formage 2D, et après formage 3D. Sur la figure 1, l'on observe que les deux points A et B situés à la périphérie de la longueur L de la plaque en face du centre sont écartés l'un de l'autre du minimum, correspondant à la largeur 1 de la plaque (AB = 1). Lors du passage à une forme en trois dimensions, si la barquette a une profondeur p, la distance AB deviendra 1 + 2 p. Les points C et D situés à la périphérie de la largeur en face du centre sont plus écartés l'un de l'autre que les points A et B, par exemple deux fois plus si L = 2 1, l'allongement restant toujours de 2 p. Les points les plus écartés correspondent aux diagonales de la forme rectangulaire qui correspondront aux emplacements de la plaque les moins sollicitées. On peut observer cette sollicitation sur la figure 2. Ainsi on voit que l'écart relatif de longueur du point E de la périphérie au niveau de la diagonale est le plus faible avant et après formage alors que cet écart relatif est maximum au niveau des points A et B où la matière sera très sollicitée. Sur ce schéma on voit aussi que la longueur après formage à ce niveau est d'environ 2 fois celle avant thermoformage (augmentation d'environ 100 %, alors que cette augmentation est inférieure à 50 % au niveau du point E périphérique d'une diagonale) ; l'allongement est intermédiaire au niveau des points C et D. L'exemple qui suit illustre la présente invention. Ex 1 : réalisation d'une barquette rectangulaire de longueur 300 mm. largeur 220 mm et Profondeur 60 mm. d'épaisseur minimum 85 microns. Les indications de dimensions ci-dessus permettent de calculer le volume de matière à mettre en oeuvre. Le produit des différentes valeurs indique que l'on doit utiliser une plaque de longueur 300 mm, de largeur 220 mm et d'épaisseur environ 178 Am au départ du procédé. Un complexe PVC-éthylène de 180 im d'épaisseur, présente a un écart de 30 C entre son point Vicat (température de ramollissement) et le point critique de température avant sa fusion. On réalise une plaque de chauffage pour thermoformeuse qui, lorsqu'elle est utilisée conventionnellement est stabilisée à une température nominale d'environ 100"C. On fraise l'aluminium constituant la surface de la plaque selon des secteurs concentriques de profondeur variable calculée en fonction des allongements prévus pouvant être déterminés simplement par calcul trigonometri- que ou par essais simples. C'est ainsi que en utilisant du Téflon (R) comme écran thermique, on usinera la plaque à une profondeur d'environ 3,12 mm au niveau du premier secteur, comprenant les points A (voir figure 2), le secteur comprenant le point E n'étant pas fraisé du tout et le fraisage étant réalisé à une profondeur intermédiaire de 1,04 mm au niveau du secteur comprenant la diagonale, les secteurs intermédiaires entre ces différents secteurs sont fraisés à des profondeurs diminuant progressivement du secteur diagonal vers les secteurs comprenant les points A et D. Après usinage, le profil en creux est garni de Téflon (R) Téflon(R) par coulée de résine PTFE et polymérisation, de manière à restituer la planéité et l'effet anti-adhésif de la plaque. Ainsi la transmission de température au coeur du film à thermoformer est de 60 au niveau des secteurs comprenant A et B, de 90 au niveau des diagonales, et d'environ 80C au niveau des secteurs comprenant C et D. On utilise ensuite classiquement la nouvelle plaque de chauffage par contact selon les stades ultérieurs habituels de procédé de thermoformage par emboutissage pour obtenir la barquette attendue dont l'épaisseur est sensiblement régulière et d'environ 85 pm au niveau du réceptacle. Pour obtenir un résultat analogue conventionnellement, l'utilisation d'une plaque de 230 tm d'épaisseur aurait été nécessaire. L'économie de matière réalisée est d'environ 30 %. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de barquettes en matière plastique par thermoformage, caractérisé en ce que l'on procède, lors du thermoformage, à un transfert de matière plastique des parties subissant une faible élongation vers les parties subissant une plus forte élongation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transfert de matière est réalisé par chauffage différentiel de la plaque. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le chauffage différentiel est obtenu en évidant une plaque chauffante classique, puis en remplissant les creux, pour restituer à la plaque sa planéité, à l'aide d'au moins un matériau thermiquement isolant. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la plaque est une contre-plaque comprenant des moyens d'adaptation aux plaques existantes. 5. Procédé selon la revendication 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que le chauffage différentiel est directement calculé ou piloté par un programme d'ordinateur. 6. Plaques de chauffage par contact pour film en matière plastique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisées en ce que la température de contact desdites plaques de chauffage est hétérogène et prédéterminée. 7. Plaques de chauffage par contact pour film en matière plastique selon la revendication 6, caractérisées en ce qu'elles comprennent une plaque classique comportant des évidements comblés par un isolant thermique. 8. Barquettes en matière plastique obtenues par thermoformage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisées en ce que l'épaisseur de la matière plastique est substantiellement homogène en tout point. 9. Poste de chauffage pour plaque en matière plastique à thermoformer pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le chauffage est différentiel selon les différents points de la plaque. 10. Application des barquettes selon la revendication 8, à l'industrie alimentaire.