Brevet FR2698581A1 — publié le 19940603

La présente invention concerne la fabrication d'une paraison multi-couches à structure multi-cellulaire dans le domaine de l'extrusion-soufflage de thermoplastiques pour fabriquer des corps creux destinés à contenir ou à vehiculer des produits liquides ou pateux ou poudreux ou solides ou gazeux alimentaires ou non (produits chimiques, parachimiques, phytosanitaires, pétroliers ... ). Rappel sur le principe de l'extrusion-soufflage ; les matiéres plastiques sont chauffées et mises sous pression par un ensemble vie / fourreau à une température précise correspondant à la technologie du polymère traité pour fournir par l'intermédiaire d'une tête d'extrusion une paraison chaude. Cette paraison est prise entre deux demi-moules qui ont la forme inverse du corps creux à souffler. Une canne de soufflage pénétre le haut de la paraison pour former l'interieur du col du flacon et pour souffler avec de l'air sous pression de façon à ce que la matiére qui s'étire sous la pression prenne la forme du moule qui refroidi à basse temperature fige la matiére pour obtenir la forme définitive compte tenu des retraits obligatoires de matiéres.Les barres de matiéres autour du corps creux dues au pincement de la paraison par les moules sont retirées par un système mécanique broyées et réutilisées. A ce stade nous obtenons le produit fini. La paraison est traditionnellement fabriquée en monocouche ou en multi-couches superposées régulierement avec des adhésifs ou non pour que les couches tiennent entre elles. La structure multi-cellulaire selon l'invention permet de remplir chaque cellule avec des matiéres identiques ou différentes suivant les applications. Cette structure multi-cellulaire constituée de matiéres thermoplastiques offre une grande résistance mécanique à la pièce fabriquée (produit fini). Nous définissons sous le terme broyé les dechets propres rebroyés provenant du fonctionnement de l'extrusion-soufflage (prise de paraison entre les deux demi-moules et découpe de poignée). La structure cellulaire est constituée par : a ) Une couche exterieure (1) en matiére vierge mélangée avec ou sans broyé. b ) Une couche interieure (3) en matiére vierge mélangée avec ou sans broyé. c ) Une couche médiane composée : - de joncs verticaux (5) en matiére vierge avec ou sans broyé adhérents à la couche exterieure et à la couche interieure. - de disques horizontaux (6) en matiére vierge avec ou sans broyé adhérents avec la couche exterieure et à la couche interieure. - de cellules (4) prisonniéres des joncs verticaux (5), des disques horizontaux (6) et des couches (1) et (3). L'ALIMENTATION DES COUCHES (Fig 11): La couche exterieure (1) et la couche interieure (3) sont alimentées par une vis d'extrusion directement dans la tête d'extrusion. On alimente les cellules par une vis d'extrusion équipée d'un accumulateur de matiére (49) avec une vanne de régulation de débit qui à l'aide d'un piston (51) commandé de préference électroniquement permet d'envoyer la matiére ou de l'accumuler. Les joncs verticaux (5) et les disques horizontaux (6) sont alimentés par une vis d'extrusion équipée d'un accumulateur et de vanne de régulation de debit. On aura un ensemble vis d'extrusion / accumulateur par matiéres composant les différentes cellules. Certaines vis d'extrusion peuvent être communes à d'autres couches. Les joncs verticaux (5) erâce à son alimentation par un ensemble vis d'extrusion avec accumulateur peuvent s'interrompre dans des zones précises de la paraison. L'alimentation de la couche médiane constituée des joncs verticaux (5), des disques horizontaux (6) et des cellules (4) ayant chacun un ensemble vis d'extrusion et accumulateur passe dans la tête d'extrusion par le même canal (32). LA DISTRIBUTION DES JONCS DANS LA TETE D'EXTRUSION: la diffusion des joncs (5) se fait dans la tête d'extrusion par des canaux qui viennent rejoindre ceux des couches à couper (Fig 10). Le canal (35) (Fig 10) pour couper l'ensemble des couches, le canal (36) (Fig 10) pour couper la couche médiane composée des parties (6) et (4) et le canal (37) (Fig 10) pour couper la couche exterieure (1) et la couche médiane (6) et (4). l'interruption des joncs verticaux (5) est possible dans une même paraison et ceux-ci sont dans ce cas alimentés par une vis d'extrusion avec accumulateur. Les joncs verticaux (5) peuvent couper ou non les couches exterieures et interieures (FIG 7). Le nombre de cellules qui est déterminé par le nombre de joncs verticaux (5) et le nombre de disques horizontaux (6). La densité de cellules varie en fonction de la structure désirée pour chaque paraison ou par paraison. La répartition des joncs verticaux (5) n'est pas forcément régulière sur le tour de la paraison. La répartition des disques horizontaux (6) n'est pas forcément régulière sur toute la longueur de la paraison. Possibilité d'utilisation des matiéres différentes pour remplir les cellules (par exemple pour obtenir des zones plus ou moins dures ou plus ou moins molles). Les joncs verticaux (5) peuvent être de forme cylindrique ou toute autre forme. Les couches (1), (6) et (3) sont constituées de matiéres thermoplastiques qui sont les mêmes ou qui ont une adhésion entre elles soit naturellement soit par adjonction d'adhésifs. Les couches (1), (6) et (3) sont constituées de matiéres vierges ou d'un mélange homogène de matiéres vierges, broyé (= dechets provenant du fonctionnement) et d'additifs (adhésif, liant, stabilisant, colorant, parfum..). La couche (4) constituée de cellules prises mécaniquement entre les deux couches cylindriques (1) et (3) et les couches verticales (5) peuvent être constituées à base de : - matiéres thermoplastiques extrudables: PEBD Polyéthylène basse densité PEHD Polyéthylène haute densité THPM Polyéthylène à trés haut poids moléculaire PP Polypropylène PVC Polychlorure de vinyle PET Poly térephtalate d'éthylène PA Polyamide EVA Poly ethylène/acétate de vinyle EVOH Copolymére éthylène/alcool vinylique Etc .................. - déchets extrudables régénérés sous forme de granulés ou poudre. - des charges extrudables minérales ou non (craie, fibre de verre, fibres végétales, sciure de bois ....). Cette invention est valable en extrusion mono-tête et en multi-têtes. Cette invention est valable quelque soit la taille ou le poids du produit à fabriquer. Les épaisseurs des disques horizontaux (6) peuvent être variables sur la longueur d'une paraison. Cette invention est valable quelque soit la forme de la paraison (en général cylindrique), la variabilité de l'épaisseur de la paraison et la variabilité des couches constituant la paraison. Les épaisseurs (9) et (10) des parois de paraison peuvent être réguliere ou non de même épaisseur ou non (ceci est réalisable avec un noyau mobile dans la tête) (FIG 8). Cette invention permet la superposition de plusieurs structures multi-cellulaires (FIG 9). Cette structure multi-cellulaire selon l'invention permet de fabriquer des produits finis extrudés et extrudés-soufflés tels que : - Flacons, bouteilles, bidons, jerricans. - Tous les corps creux extrudables-soufflables (ex: réservoirs à essence, à hydraulique pour frein, à lave glace, à expansion). - Films de palétisation multi-couches - Durites, tubes, tuyaux - parois meubles - capotage de materiel informatique (bureautique) - toute piéce extrudable et extrudable-soufflable. Cette structure multi-cellulaire offre une meilleure résistance mécanique à la compression à la chute, aux chocs et aux vibrations. Exemple 1 d'application industrielle : Les recipients à poignée ou sans poignée d'une contenance de 50 ml à 500 litres. Cet exemple est representé par la Figure 6. La zone (11) represente les déchets hauts, la zone (12) le goulot et le col avec ou sans la poignée, la zone (13) le corps de l'emballage, la zone (14) le fond, la zone (15) les déchets bas. Les cellules du niveau (19) et (22) sont composées à partir d'un mélange de matiére vierge et de broyé (broyé = déchets provenant du fonctionnement de l'extrusion-soufflage avec le pincement par les moules de la paraison en haut et bas et à la découpe de poignée), les cellules des niveaux (20) et (21) sont composées à partir de charges (craie, déchets extrudables regénérés ...).Cette répartition permet d'assurer dans les zone (11) (12) (14) et (15) des soudures parfaites et de ne pas polluer le broyé et de baisser le coût de revient en utilisant des charges à plus bas prix que la matiére vierge tout en améliorant les caracteristiques mécaniques des produits à fabriquer grâce à la structure multi-cellulaire. Les disques de niveau (17) (24) (25) (26) et (27) sont composés à partir d'un mélange de matière vierge et de broyé (broyé - déchets provenant du fonctionnement de l'extrusion-soufflage avec le pincement par les moules de la paraison en haut et bas et a la découpe de poignée si l'emballage en comporte). Exemple 2 d'application industrielle : pour les bouteilles de boissons gazeuses en PET transparentes on peut utiliser le procédé en prévoyant la disposition des cellules (4) composées de matières recyclées de couleur en génèral foncée donc non transparente au niveau de l'etiquette du produit de façon à cacher cette partie non transparente en laissant le reste de la bouteille transparente permettant de voir le produit contenu tout en utilisant des matières recyclées. Exemple 3 d'application industrielle : On peut avoir dans des zones différentes une rigidité variable (plus ou moins dure, plus ou moins molle) de la piéce fabriquée en utilisant des matiéres plus ou moins dures dans les différentes cellules (4) (FIG 1). Dans ce cas il faut utiliser un ensemble vis d'extrusion / accumulateur par matière differente. Exemple 4 d'application industrielle : les réservoirs à soudure complète ou pratiquement complète sur le pourtour du dit réservoir pour carburant automobile. On dispose certains des joncs verticaux pour qu'ils correspondent avec une largeur judicieuse à l'emplacement des soudures verticales du réservoir à souffler. On assure ainsi des soudures parfaites tout en pouvant remplir toutes les autres cellules de charges ou de déchets extrudables régénérées. Pour les réservoirs qui ne comportent que des soudures sur les parties supérieures et inférieures de leur paraison on procéde comme pour l'exemple 1 d'application Industriel le REPRESENTATION DES FIGURES Fig 1 : Vue en perspective de la paraison Fig 2 : Coupe verticale AA de la paraison More jomce verticaux (5). Fig 3: Coupe verticale BB de la paraison dams les jomes verticaux (5). Fig 4: Coupe morizontale CC de la paraison mors du miveau des disques (6). Fig 5 : Coupe morizontale DD de la paraison au noveau des disques (6). Fig 6 : Exemple indwstriel d'une coupe verticale AA de paraison pour la fabrication d'un bidom. Fig 7 : Representation des differentes coupures possibles des couches exterieures (1) et intérieures (3) par les jonce verticaux (5). Fig 8 : Coupe verticale AA representamt la variabilité des épaisseurs de paroi de paraison. Fig 9 : Coupe horizontale d'une superpostion de plusieurs structures multi-cellulaires. Fig 10 : Representation schématique en coupe de la tête d'extrusion. (31) camal de la couche extérieure (1) (32) canal couche des cellules (4) et des disques (6). (33) canal de la couche intérieure (3) (34) noyau d'extrusion (35) canaux des joncs verticaux (5) (36) canaux des joncs verticaux (5) (37) canaux des joncs verticaux (5) Fig 11 : Représentation schématique en coupe de l'alimentation de la tête d'extrusion avec accumulateurs de matiére. (39) Arrivée matiére vis d'extrusion couche extérieure(1) (40) Arrivée matiére vis d'extrusion alimentation des cellules(4) (41) Arrivée matiére vis d'extrusion alimentation des disques horizontaux (6) (42) Arrivée matiére vis d'extrusion alimentation des joncs verticaux (5) (43) Arrivée matiére vis d'extrusion couche intérieure(3) (44) Sortie matiére vers la tête d'extrusion couche extérieure (1) (45) Sortie matiére vers la tête d'extrusion cellules (4) (46) Sortie matiére vers la tête d'extrusion disques (6) (47) Sortie matiére vers la tête d'extrusion joncs verticaux (5) (48) Sortie matiére vers la tête d'extrusion couche intérieure (3) (49) Accumulateur de matiére dont le volume varie avec la position du piston (51) (50) canaux d'arrivée de matiéres en provenance des vis d'extrusion dans les blocs d'accumulation (51) piston de l'accumulateur Les vis (41) et (42) peuvent être qu'une seule et même vis si l'on utilise la même matiére pour les joncs verticaux (5) et les disques horizontaux (6) REVENDICATIONS 1 ) Procédé de fabrication d'une peraison en extrusion-soufflage de thermo-plastiques pour réaliser des corps creux destinés à contenir des produits liquides ou pateux ou poudreux ou solides ou gazeux caractérisée en ce que la structure de la paraison est multi-cellulaire et constituée de couches superposées (Fig 1) : la couche extérieure (1). la couche intérieure (3) la couche médiane regroupent les joncs verticaux (5). les disques horizontaux (6) et les cellules (4) sont alimentés par l'intermediaire d'une tête simple ou multiple d'extrusion avec un canal d'extrusion par couche. de vis d'extrusion sans accumulateurs de matières pour la couche extèrieure (1) et la couche intèrieure (3) et de vis d'extrusion éguipées d'accumulateurs de matières pour les joncs verticaux (5). pour les disques horizontaux (6) et les cellules (4). 2 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'Interru@tion des joncs verticaux (5) est possible dans une même paraison. les joncs verticaux sont dans ce cas alimentés par une vis d'extrusion avec accumulateur. 3) Procédé de fabrication selon la revendication 1 et la revendication 2 caractérisée en ce que Les joncs verticaux (5) peuvent couper ou non les couches exterieures (1) et interieures (3) (Fig 7). 4 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que Le nombre de cellules est déterminé per le nombre de jonce verticeux (5) et le nombre de disques horizontaux (6). La densité de cellules varie en fonction de la structure desirée pour chaque paraison ou par paraison. 5 ) Procédé de favbrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que La ré@artition des joncs verticaus (5) n'est pas forcément régulière sur le tour de la paraison. Les distences entre les différents joncs verticaux (5) peuvent être différentes. 6 ) Procédé de fabrication. selon le revendication 1 caractérisée en ce que La répartition des disques @orizontaux (6) n'est pas forcément régulière sur toute la longueur de la paraison, Les distances entre les différents disques peuvent être différentes. 7 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que on peut utiliser des matiéres éxtrudables différentes pour remplir les cellules (4) (par exemple pour obtenir des zones plus ou moins dures ou plus ou moins molles). 8 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que Les joncs verticaux (5) peuvent être de forme cylindrique ou toute autre forme. 9 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que Les couches (1). (5), (6) et (3) sont constituées de matières thermoplestiques qui sont les mêmes ou qui ont une adhésion entre elles soit naturellement soit par adjonction d'adhésits. 10 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que L'épaisseur des disques (6) peut être variable sur la longueur d'une paraison. 11 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que le paraison peut être cylindrique ou autres (ovale, carêe, rectangulaire...) 12 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'épaisseur de la paraison et l'épaisseur des couches constituent la paraison peuvent être variables sur sa longueur. 13 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que Les épaisseurs (9) et (10) des parois de paraison peuvent être réguliere ou non de même épaisseur ou non (Fig 8). 14 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que cette invention permet la superposition de plusieurs structures cellulaires (Fig 9), 15 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que dans la tête d'extrusion les caraux d'alimentation de matiéres (35) ou (36) ou (37) sur le pourtour de la tête viennent couper tout ou partie des couches. 16 ) Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisée en ce que dans la tête d'extrusion le canal (32) d'alimentation de la couche médiane est alimenté par plusieurs ensembles vis d'extrusion avec accumulateurs pour assurer la succession précise de matiéres différentes.