Brevet FR2688476A1 — publié le 19930917

RECIPIENT EN MATIERE SYNTHETIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL RECIPIENT La présente invention concerne un récipient en matière synthétique comportant un fond fermé et une ouverture ménagée dans la partie supérieure opposée audit fond, et plus particulièrement un récipient en matière thermoplastique réalisé selon un procédé de soufflage, d' étirage-soufflage ou de thermoformage. Elle concerne également un procédé de fabrication d' un récipient en matière synthétique comportant un fond fermé et une ouverture ménagée dans la partie supérieure opposée audit fond, et plus particulièrement un récipient en matière thermoplastique réalisé par soufflage, étirage-soufflage ou thermoformage, ce récipient comportant au moins une ligne de pliage. L1un des problèmes les plus cruciaux qui se posent actuellement dans les pays industrialisés est celui de l' élimination ou de la récupération des déchets, et notamment des déchets non biodégradables tels que par exemple une grande variété d'objets en matériaux synthétiques. Parmi ces objets figurent notamment des emballages et particulièrement les bouteilles en matière thermoplastique telle que par exemple- le polyéthylène téréphtalate (PET). Ces bouteilles et autres récipients, couramment utilisés pour contenir des boissons gazeuses ou non gazeuses, ou d'autres liquides ou des poudres, sont extrêmement résistants pour des épaisseurs de parois relativement faibles. Lorsqu'ils sont vides, ils sont difficiles à casser et leur aplatissement par pliage est malaisé, voire impossible. De ce fait, leur stockage dans les poubelles ou conteneurs de déchets nécessite une place importante, ce qui constitue un inconvénient énorme et représente un coût élevé pour leur élimination. On a déjà proposé des récipients en matière thermoplastique destinés à 1' emballage de liquides, de solides ou de poudres à la pression atmosphérique qui sont munis de lignes de pliage indiquées par une déformation de leur paroi formant un bourrelet en creux parfois juxtaposés à deux bourrelets en relief sans modification de l'épaisseur de la paroi. D'autres récipients présentent un amincissement de l'épaisseur de leur paroi le long de lignes de pliage (rainures) pour privilégier le pliage le long de ces lignes. Ces emballages connus, généralement réalisés avec des polyoléfines telles que le polyéthylène et le polypropylène, présentent plusieurs inconvénients et limitations dans leur utilisation. En premier lieu, les récipients présentant des rainures ont une résistance mécanique affaiblie pour une masse de matière donnée de li ensemble du récipient. En second lieu, les récipients munis de bourrelets sans diminution locale de l' épaisseur de la paroi le long des lignes de pliage sont malaisés à plier selon les lignes prévues. En troisième lieu, les deux types de récipients ci-dessus ne se prêtent pas à un pliage net par fracture partielle de la paroi le long des lignes de pliage en raison de la haute plasticité de leur matière, et de la "mémoire de déformation" des matières thermoplastiques dans cet état à forte plasticité qui amène la paroi pliée à se déplier spontanément. En quatrième lieu, les récipients décrits ci-dessus ne peuvent pas être réalisés dans des matières thermoplastiques susceptibles d' être amenées à un état de haute résistance mécanique qui est nécessaire notamment pour r emballage de fluides sous pression super-atmosphérique, tels que par exemple les boissons carbonatées. En effet, des récipients réalisés dans de tels matériaux, le PET par exemple, se prêtent encore- moins que les précédents au pliage par fracture en raison de leur module d'élasticité élevé combiné avec une certaine déformabilité plastique. La présente invention permet d'éliminer les inconvénients et limitations d'emploi des récipients connus munis de lignes de pliage énumérés cidessus et présente en outre les avantages de suppression de toute altération géométrique de la paroi (bourrelets et/ou rainures) le long des lignes de pliage, tout en améliorant la visibilité de ces lignes de pliage et en assurant un pliage net, irréversible, bien circonscrit aux lignes de pliage et aisé des récipients, sans limitation de leur résistance avant leur pliage. Dans ce but, le récipient selon l'invention est caractérisé en ce que sa paroi comporte au moins une ligne de pliage constituée dans une zone linéaire étroite de la paroi dans laquelle ladite matière synthétique a une structure physique différente de celle qu'elle a dans le reste de la paroi. Dans ladite zone, ladite matière synthétique a, de préférence, une structure physique qui la rend moins déformable plastiquement que dans le reste de la paroi, mais au moins aussi résistante à la traction. Selon une forme de réalisation avantageuse, ladite matière synthétique a une structure physique comprise entre une structure amorphe et une structure cristallisée. De préférence, ladite matière synthétique a une structure plus cristallisée dans ladite zone que dans le reste de la paroi. D'une façon avantageuse, ladite matière synthétique est transparente dans ledit reste de la paroi, et opaque dans la zone plus cristallisée. De préférence, l' épaisseur moyenne de ladite zone est inférieure à l' épaisseur du reste de la paroi hors de cette zone dans un rapport compris entre 1 et le rapport des tensions mécaniques de résistance à la traction de ladite zone et du reste de la paroi. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse ladite matière synthétique est du téréphtalate de polyéthylène (PET) et est durcissable par réticulation des chaînes de polymères qui la constituent. Selon une première forme de réalisation, la ligne de pliage est longitudinale et au moins partiellement disposée selon un plan médian dudit récipient. Elle peut également être transversale. Selon une autre forme de réalisation, la ligne de pliage longitudinale se subdivise en au moins deux segments obliques à proximité du fond et/ou de l'ouverture dudit récipient. Afin d'atteindre le but recherché, le procédé selon Invention est caractérisé en ce que, après avoir formé au moins partiellement le récipient, on modifie la structure physique de ladite matière dans une zone linéaire étroite de la paroi du récipient constituant ladite ligne de pliage. De préférence, l'on modifie la structure physique de ladite matière par une action mécanique localisée dans ladite zone. On peut également modifier la structure physique de ladite matière- par une action thermique localisée dans ladite zone ou par l'action d'une irradiation de particules ou de photons ou d'un agent chimique, localisée dans ladite zone. L'on peut durcir ladite matière par étirage lorsque, après avoir formé au moins partiellement le récipient par étirage-soufflage d'une ébauche, ron durcit la matière de ladite zone en provoquant un étirage supplémentaire de la paroi du récipient localisé dans cette- zone constituant la ligne de pliage, transversalement par rapport à cette ligne. De préférence, l'on provoque ledit étirage supplémentaire à une température inférieure à celle à laquelle est effectué ledit étirage soufflage. L' on peut également durcir ladite matière synthétique par une cristallisation provoquée par son échauffement lorsque, après avoir effectué au moins partiellement le formage du récipient à une température, en portant temporairement la paroi, dans une zone circonscrite à ladite zone, à une température supérieure à celle à laquelle est effectué ledit formage. L'on peut aussi durcir la matière synthétique par réticulation des chaînes de polymères qui la constituent lorsque, après avoir formé au moins partiellement le récipient, l'on soumet une zone de la paroi de ce récipient circonscrite à ladite zone à une irradiation de particules, de photons ou d' un agent chimique susceptible de provoquer ladite réticulation. Après avoir formé au moins partiellement le récipient par étirage soufflage d'une ébauche, lton maintient ou lion accroît la pression de soufflage du récipient de manière à le maintenir fermement appliqué sur la surface de la cavité d' un moule constitué d' au moins deux parties jointes le long d'une ligne correspondant à ladite ligne de pliage, ron écarte ensuite légèrement ces deux parties du moule, puis ron abaisse la pression de soufflage et l'on écarte largement ces deux parties du moule pour en extraire le récipient. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel la figure 1 représente une vue en élévation d' un récipient selon l'invention pourvu d'une ligne longitudinale de pliage, la figure 2 représente une vue en perspective de ce récipient lorsqu'il est plié selon ladite ligne de pliage, la figure 3 représente une autre forme de réalisation d' un récipient selon Invention pourvu de lignes transversales de pliage, la figure 4 représente une autre forme de réalisation d' un récipient pourvu d'une ligne longitudinale de pliage qui se subdivise à proximité du fond et à hauteur de l'ouverture, la figure 5 illustre une phase initiale du procédé de fabrication du récipient selon l'invention, et la figure 6 illustre une phase finale du processus de soufflage qui s inscrit dans le procédé de fabrication du récipient selon l'invention. En référence à la figure 1, le récipient 10, qui se présente sous la forme d'une bouteille en matière thermoplastique, comporte un fond il et une ouverture 12 opposée à ce fond et, sur sa paroi 9, une ligne de pliage 13 disposée sur un plan médian ou axial. Cette ligne de pliage 13 est obtenue par modification de la structure physique de la matière dans laquelle est formée cette bouteille, par exemple mécaniquement comme cela sera décrit plus en détail en référence aux figures 5 et 6. Selon la forme du récipient, en particulier selon la taille relative de ladite ouverture, celui-ci est produit par thermoformage d'une ébauche plate, ou par soufflage ou étirage-soufflage d'une ébauche creuse. Afin de conférer au récipient une résistance mécanique élevée avec une masse de matière réduite, le récipient est avantageusement réalisé en une matière thermoplastique telle que le PET susceptible d1 avoir une structure physique comprise entre une structure amorphe et une structure cristallisée. Une structure intermédiaire à haute résistance mécanique, mais conservant la transparence de la matière, peut être obtenue en soumettant cette matière à une élongation bi-axiale importante au cours du formage du récipient réalisé par exemple par étirage-soufflage d'une préforme, et/ou en soumettant ladite matière à une thermofixation après ce formage qui accroit son degré de cristallisation. La structure physique de la matière est modifiée uniquement dans la zone étroite 13a (représentée agrandie sur la fig. 1) de la paroi 9 de la bouteille où la ligne de pliage 13 doit se trouver. Cette modification de structure, qui consiste dans cet exemple à transformer ladite structure intermédiaire et transparente de la matière utilisée en une structure cristallisée et opaque, peut être obtenue par une action mécanique ou thermique, ou par une irradiation de la zone 13a. Lorsque ron a recours à une action mécanique, ron provoque, après ou au cours de l' opération d' étirage-soufflage de l' ébauche de la bouteille, un étirage supplémentaire de faible amplitude de la zone 13a perpendiculairement à la ligne de pliage, à une température avantageusement inférieure à la température à laquelle est effectué l' étirage-soufflage. Lorsque lton a recours à une action thermique, après le formage du récipient, ron durcit la matière synthétique par une cristallisation en portant la zone 13a à une température supérieure à celle à laquelle est effectué ce formage. Ce résultat est obtenu par exemple en disposant temporairement un filament échauffé par un courant électrique à proximité immédiate de la paroi du récipient le long de la ligne- de pliage. Une irradiation de particules, de photons ou d' agents chimiques appropriés dans la zone 13a permet également d' effectuer un durcissement de la matière dans cette zone par réticulation des chaînes de polymère la constituant. Ces transformations de structure de la matière dans la zone 13a rendent cefte zone plus dure et fragile que le reste de la paroi 9, mais au moins aussi résistante à la traction avant son pliage. Ainsi la résistance mécanique de la paroi n'est pas amoindrie dans la zone 13a malgré son épaisseur moindre. De ce fait, l'intégrité de la résistance aux chocs du récipient ainsi que celle de sa résistance à la pression du fluide qu'il peut contenir est garantie. Cependant, les tensions mécaniques de traction et de compression provoquées par la flexion de la paroi lors de son pliage sont intensifiées dans la zone de pliage 13a par un facteur égal au cube du rapport des épaisseurs de la paroi 9 hors de cette zone et dans cette zone. Ainsi, lors du pliage de la paroi, celle-ci se fracture de manière nette et concentrée dans la zone de pliage plus dure et plus fragile que le reste de la paroi. Grâce à cette ligne de pliage durcie et fragilisée, cette bouteille peut être aplatie aisément (fig. 2) lorsqu'elle est vide, ce qui permet de la stocker dans une poubelle ou dans un conteneur de déchets de manière à ce qu'elle occupe un volume relativement réduit. On notera que les bouteilles actuelles en PET sont particulièrement difficiles à plier en l'absence d'une telle ligne de pliage. En effet, il est très difficile de plier les parois d'un récipient réalisé dans ces matériaux qui ont en outre une sorte de mémoire de forme et tendent à reprendre leur forme initiale après avoir été pliés. Comme le montrent les figures 3 et 4, les lignes de pliage peuvent avoir des formes très différentes en fonction notamment de la forme des récipients. Dans le cas du récipient 20 représenté par la figure 3, on prévoit une ligne longitudinale de pliage 21 disposée de chaque côté de la bouteille sur un plan médian ou axial. On peut également prévoir deux autres lignes longitudinales de pliage 21' qui sont disposées sur un plan médian perpendiculaire à celui passant par les lignes de pliage 21. Par ailleurs une première ligne transversale de pliage 22 est ménagée à proximité du fond de la bouteille et une deuxième ligne transversale de pliage 23 est ménagée à proximité de l'ouverture de cette bouteille. Dans le cas de la bouteille 30 représentée par la figure 4, une ligne longitudinale de pliage 31 est prévue de part et d' autre de la bouteille. Chacune de ces lignes de pliage se subdivise en deux lignes obliques 32 disposées à proximité du fond de la bouteille et en deux autres lignes obliques 33 disposées à proximité de 1' ouverture. On notera que sur une même bouteille, on peut prévoir toutes les combinaisons possibles en réalisant par exemple une ou plusieurs lignes longitudinales de pliage 31 combinées soit avec deux ou plusieurs lignes obliques 32, soit avec deux ou plusieurs lignes obliques 33. Les figures 5 et 6 illustrent schématiquement à titre d'exemple une forme particulière du procédé de fabrication des récipients selon l'invention décrits ci-dessus. Ce type de récipient est couramment réalisé par étirage-soufflage d'une ébauche constituée initialement par une préforme préalablement moulée par injection ou par compression. Lors d' une première phase cette préforme est portée à une température comprise dans une plage conférant à la matière qui la constitue un comportement rhéologique favorable à son renforcement mécanique par réorientation de ses chaînes moléculaires de polymère (cristallisation partielle microscopique). L'on procède ensuite à 1' élongation bi-axiale de cette préforme par étirage-soufflage. Dans ce but, ces préformes sont introduites dans un moule 40 composé d'au moins deux coquilles 41 et 42 définissant une cavité de moulage 43 dont la forme est celle du récipient à fabriquer. La figure 5 représente en traits interrompus une préforme 44 qui est gonflée au cours du processus d'étirage-soufflage. La préforme passe par un stade intermédiaire 45 représenté en traits pleins, sous effet de l'air comprimé injecté, représenté par les deux flèches 46, à travers une buse d'injection 47 sur laquelle est montée la préforme. L'on maintient ou 1' on accroît la pression de soufflage du récipient de manière à le maintenir fermement appliqué sur la surface de la cavité 43. Dans la phase finale du processus d'étirage-soufflage, représentée par la figure 6, lorsque le récipient a atteint au moins partiellement ses dimensions finales 48, pour créer la ligne de pliage, on procède à une légère ouverture du moule, ctest-à-dire que l'on écarte les coquilles 41 et 42 de manière à créer un espace 50 entre les bords de ces coquilles. Comme une pression relativement importante règne à l'intérieur du récipient spufflé, cette ouverture a pour effet de provoquer un étirage supplémentaire de la paroi du récipient le long de la ligne d'ouverture de la cavité à la jonction des deux coquilles 41 et 42, perpendiculairement à cette ligne, ce qui aboutit à la cristallisation de la matière sur une zone étroite dont la largeur, qui correspond audit espace 50, peut être comprise entre quelques dixièmes de millimètres et quelques millimètres, et ainsi de créer ladite ligne de pliage. Cet étirage supplémentaire s' effectue à une température voisine de la température de la surface du moule, qui est inférieure à la température de la préforme durant son étirage soufflage. I1 est bien entendu que dans 1' exemple décrit, la ligne de pliage est une ligne longitudinale de pliage disposée sur un plan médian du récipient réalisé. Pour réaliser des lignes de pliage disposées selon plusieurs plans, il suffit de réaliser un moule composé de plusieurs coquilles susceptibles d'être écartées deux à deux pendant la phase terminale du processus de soufflage. La présente invention n' est pas limitée aux formes de réalisation décrites, mais peut subir différentes modifications et se présenter sous diverses variantes évidentes pour r homme de 1' art. REVENDICATIONS 1. Récipient en matière synthétique comportant un fond fermé et une ouverture ménagée dans la partie supérieure opposée audit fond, et plus particulièrement un récipient en matière thermoplastique réalisé selon un procédé de soufflage, d' étirage-soufflage ou de thermoformage, caractérisé en ce que sa paroi (9) comporte au moins une ligne de pliage (13) constituée par une zone linéaire étroite (13a) de la paroi dans laquelle ladite matière synthétique a une structure physique différente de celle qu'elle a dans le reste de la paroi (9). 2. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans ladite zone (13a), ladite matière synthétique a une structure physique qui la rend moins déformable plastiquement que dans le reste de la paroi (9), mais au moins aussi résistante à la traction. 3. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matière synthétique a une structure physique comprise entre une structure amorphe et une structure cristallisée. 4. Récipient selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière synthétique a une structure plus cristallisée dans la zone (13a) que dans le reste de la paroi (9). 5. Récipient selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite matière synthétique est transparente- dans la paroi (9), et opaque dans la zone (13a) plus cristallisée. 6. Récipient selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur moyenne de la zone (13a) est inférieure à l'épaisseur de la paroi (9) hors de cette zone dans un rapport compris entre 1 et le rapport des tensions mécaniques de résistance à la traction de ladite zone et du reste de la paroi. 7. Récipient selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite matière synthétique est constituée par du téréphtalate de polyéthylène (PET). 8. Récipient selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite matière synthétique est durcissable par réticulation des chaînes de polymères qui la constituent. 9. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne de pliage (13) est longitudinale et au moins partiellement disposee selon un plan médian dudit récipient (10). 10. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne de pliage est transversale. 11. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne de pliage longitudinale (31) se subdivise en au moins deux segments (32, 33) obliques à proximité du fond (11) et/ou de l'ouverture (12) dudit récipient. 12. Procédé de fabrication d' un récipient en matière synthétique comportant un fond fermé et une ouverture ménagée dans la partie supérieure opposée audit fond, et plus particulièrement un récipient en matière thermoplastique réalisé par un procédé de soufflage, d'étirage-soufflage ou de thermo-formage, ce récipient comportant au moins une ligne de pliage, caractérisé en ce que, après avoir formé au moins partiellement le récipient, on modifie la structure physique de ladite matière dans une zone linéaire étroite de la paroi du récipient constituant ladite ligne de pliage. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on modifie la structure physique de ladite matière par une action mécanique localisée dans ladite zone. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on modifie la structure physique de ladite matière par une action thermique localisée dans ladite zone. 15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on modifie la structure physique de ladite matière par l'action d'une irradiation de particules ou de photons ou du un agent chimique localisée dans ladite zone. 16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que ron durcit ladite matière par étirage et en ce que, après avoir formé au moins partiellement le récipient par étirage-soufflage d'une ébauche, 1' on durcit la matière de ladite zone en provoquant un étirage supplémentaire de la paroi du récipient localisé dans cette zone constituant la ligne de pliage, transversalement par rapport à cette ligne. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que ron provoque ledit étirage supplémentaire à une température inférieure à celle à laquelle est effectué ledit étirage-soufflage. 18. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que, après avoir effectué au moins partiellement le formage du récipient, ron durcit ladite matière synthétique par une cristallisation, en portant temporairement la paroi, dans une zone circonscrite à ladite zone, à une température supérieure à celle à laquelle est effectué ledit formage. 19. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que, après avoir formé au moins partiellement le récipient, l' on durcit la matière synthétique par réticulation des chaînes de polymères qui la constituent en soumettant une zone de la paroi de ce récipient circonscrite à ladite zone à une irradiation de particules, de photons ou d'un agent chimique susceptible de provoquer ladite réticulation. 20. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que, après avoir formé au moins partiellement le récipient par étirage-soufflage d'une ébauche, l'on maintient ou l'on accroît la pression de soufflage du récipient de manière à le maintenir fermement appliqué sur la surface de la cavité d'un moule constitué d'au moins deux parties jointes le long d'une ligne correspondant à ladite ligne de pliage, et à écarter alors légèrement ces deux parties du moule, puis à abaisser la pression de soufflage et à écarter largement ces deux parties du moule pour en extraire le récipient.