Brevet FR2784657A1 — publié le 20000421

TUBE A TETE EN MATERIAUX MULTICOUCHES ET PROCEDE DE FABRICATION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des tubes en matière plastique, plus particulièrement le domaine des tubes dotés de propriétés barrière, typiquement celui des tubes dentifrice. ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît, par le brevet européen EP-B-0524 897 au nom de la demanderesse, un procédé de fabrication de tubes dans lequel, afin notamment d'améliorer l'effet barrière des ttes de tubes, on prépare d'abord, à part et par thermoformage, une pièce monobloc ou insert en matériau multicouches à 5 couches PE/Adh/EVOH/Adh/PE, où "PE"désigne une couche de polyéthylène, où"EVOH"désigne une couche à effet 'barrière de copolymère éthylène-alcool vinylique,"Adh"désigne une couche adhésive pour assurer la cohésion entre les couches de PE et celle d'EVOH. Ensuite, on place sur un poinçon d'un outil de surmoulage une jupe de tube ainsi que ledit insert, les deux étant fabriqués à part, puis on surmoule la tete en PE pour obtenir un tube comme représenté à la figure 1. On connaît aussi par les documents AU-0545 604 et EP-A-0130 239 d'autres procédés de fabrication de tubes comprenant l'utilisation d'inserts, typiquement en PBT (polybutylènetéréphtalate), fabriqués séparément par moulage. Enfin, on connaît, par le document BE-A-666 719, un tube dont la tte comprend comme matériau barrière un insert tronconique formé de feuille mince d'aluminium plissée. PROBLEMES POSES Les problèmes posés par les tubes connus par t'état de la technique sont de différents ordres, compte tenu de l'utilisation d'inserts fabriqués à part : -d'une part, la fabrication d'un insert à part, en particulier dans le cas d'un insert à 5 couches, comme décrit dans le document EP EP-B-0524 897, est une opération complémentaire dont le coût de fabrication se rajoute à celui d'un tube identique, mais dépourvu d'insert, sans compter le coût d'assemblage de l'insert proprement dit et l'augmentation de la complexité des machines d'assemblage, -d'autre part, les inserts constituent des matériaux barrière, donc de nature différente du PE. Comme ils sont fabriqués à part, qu'ils représentent un pourcentage pondéral non négligeable du tube, et que les matériaux de l'insert, en particulier le PBT, ne sont pas miscibles dans le PE qui constitue le matériau typique des tubes, il y a un problème de recyclage des matériaux constituant les tubes, -enfin, les inserts posent souvent un problème de barrière, soit parce que les propriétés barrière intrinsèques du matériau barrière sont insuffisantes, soit parce qu'il existe une trop large bande annulaire à la zone de raccordement de la jupe et de la tete. Les ttes et tubes selon l'invention permettent de résoudre simultanément l'ensemble de ces problèmes. DESCRIPTION DE L'INVENTION Selon un premier objet de l'invention, la tte de tube en matière plastique, destinée à etre assemblée à une jupe pour former un tube, comprenant un goulot, typiquement fileté, et un épaulement comprenant une portion annulaire de raccordement à ladite jupe, est caractérisée en ce que, a) ladite tte comprend un matériau multicouche comprenant une couche intérieure et d'une couche extérieure en polyoléfine et une couche interne en un matériau barrière thermoplastique, b) ladite couche interne est enrobée par lesdites couches intérieure et extérieure, y compris aux extrémités de ladite tte où lesdites couches intérieure et extérieure sont réunies en une couche polyoléfinique, la distance entre chacune des extrémités"e"et "e'"de ladite couche interne et l'extrémité correspondante de ladite tte étant comprise entre 0,02 mm et 5 mm, et de préférence inférieure à 3 mm, de manière à ce que ladite couche interne en un matériau barrière s'étende sur la plus grande hauteur possible, tout en ayant ses extrémités enrobées ou encapsulées par la jonction desdites couches intérieure et extérieure. L'invention correspond à un changement radical dans le conception de ladite tte, en ce sens que, d'une part, ladite couche interne est totalement immergée et enrobée par une matière polyoléfinique sans discontinuité ou coupure de flux de matière comme c'est le cas avec l'utilisation d'un insert de t'état de la technique, et en ce sens que, d'autre part, ladite couche interne peut s'étendre et se prolonger aussi loin que souhaité et aussi près des extrémités de ladite tte, la seule limité étant que cette couche ne soit pas en contact avec l'extérieur et reste enrobée par la matière polyoléfinique. Comme il n'y a pas d'insert, ni de pièce rapportée, le tube selon l'invention présente plusieurs avantages importants pour l'homme du métier, sur le plan du coût, celui de la compatibilité de matériaux de tte et de jupe, et donc du recyclage, car typiquement un insert est en PBT, matériau unique que l'on ne retrouve pas dans la jupe, et celui de l'adaptation de la performance de la tte aux besoins, sachant que tous les produits conditionnés ne présentent pas les mmes exigences en ce qui concerne le niveau de l'imperméabilité de la tte, et donc que l'on peut moduler la nature de la couche barrière et son épaisseur, et par ta obtenir à la fois des tubes adaptés aux besoins et au moindre coût DESCRIPTION DES FIGURES Les figures la et lb sont des vues en coupe axiale d'une tte (2) de tube selon l'état de la technique doté d'un insert (4). Cette tte comprend un goulot (20) doté d'un filetage (201) et un épaulement (21) de raccordement à une jupe (3). La figure la représente une vue d'une tte (2) munie de sa carotte d'injection (26) en sortie du poste de surmoulage de la tete (2) sur la jupe (3). La figure lb correspond à la tte de tube (2) de la figure la après élimination de la carotte d'injection (26), et formation de l'orifice (200). On a représenté sur la figure lb une vue agrandie en coupe de la jupe (3) qui comprend typiquement une couche (30) en matériau barrière MB recouverte d'une couche externe (31) et d'une couche interne (32). Les figures 2a et 2b sont analogues aux figures la et lb et correspondent à l'invention. Le matériau formant la tte (2) comprend une couche interne en matériau barrière MB (25) recouverte extérieurement d'une couche externe (23) et intérieurement d'une couche interne (25) de PE. Sur la figure 2b, sont portées les distances, notées"e"et"e'", entre les extrémités de ladite couche interne (24) et les extrémités de la tete. La figure 3 est une vue en coupe verticale d'une buse (5) de co-injection d'axe de symétrie (10) vertical présentant un canal central (50), un canal annulaire externe (52) pour l'injection du PE, un canal annulaire médian (51) pour l'injection de matériau barrière MB, et un orifice commun de sortie (53). La figure 4 est une vue schématique, selon une coupe verticale, d'un dispositif unitaire de co-injection. Ce dispositif comprend une buse (5), montée dans un pot d'injection (56), alimentée d'une part en PE par un dispositif d'injection de PE (63) comprenant une vanne ou tiroir de fermeture (635), un piston doseur (633) alimenté en PE depuis une extrudeuse (630) par un répartiteur de PE (63) et un conduit (634) doté d'un clapet antiretour (631), d'autre part en matériau barrière MB par un répartiteur de (64) de matériau barrière MB via un conduit (644) et une vanne ou tiroir de fermeture (645), les alimentations en PE et MB étant situées dans des plans de hauteur différente. La buse (5) comprend un obturateur (54) de son orifice commun (53) et se termine par un orifice externe (55). Ce dispositif comprend l'outillage de moulage de la tte par injection, à savoir, une matrice (61), un poinçon (60) sur lequel a été placée une jupe (3) de tube. Un piston (62) permet d'appliquer avec une pression suffisante l'ensemble poinçon et matrice contre ledit orifice externe (55) en vue de t'injection de ladite tete (2). Les figures 5 et 6 représentent, une vue de dessus, partiellement en coupe dans le plan horizontal, respectivement la distribution de PE et celle de MB entre les différents pots d'injection (56)-6 sur la figure-à I'aide de répartiteurs (63,64). La distribution de PE (figure 5) entre les 6 pots d'injection (56) s'effectue, à l'aide d'un répartiteur (63) alimenté par 1'extrudeuse (630), à la partie supérieure desdits pots (56), alors que la distribution de MB (figure 6) entre les 6 pots (56) s'effectue à 1'aide d'un répartiteur (64) alimenté par t'extrudeuse (640), sensiblement à la partie inférieure desdits pots (56), comme cela peut se voir sur la figure 4. La figure 7 est une vue schématique de dessus d'une unité de fabrication de tubes à 6 buses d'injection (5). La figure 7a schématise en coupe une jupe (3), et la figure 7b un tube en sortie de coinjection, avec une tte correspondant à la figure 2a. La figure 8 illustre le déroulement d'un cycle d'injection, d'une durée totale de To+T', 1'injection de PE, via la vanne (635), allant du temps T=0 à T=To, alors que t'injection de matériaux barrière, via la vanne ou tiroir (645), démarre au temps T=t et se termine au temps T=To-t', la durée T'étant un temps de stabilisation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Dans la tte (2) de tube (1) selon l'invention, lesdites couches intérieure (24) et extérieure (23) peuvent tre en une mme polyoléfine, choisie, de préférence, parmi les polyéthylènes ou PE, et ledit matériau barrière peut tre choisi parmi les matériaux barrière connus, et, de préférence, parmi les alcools polyvinyliques ou EVOH De préférence, ledit matériau multicouche présente une structure à 3 couches "PE/MB/PE", où PE et MB désignent respectivement une couche de PE (23, 24) et une couche de matériau barrière (25), typiquement de 1'EVOH, la couche de matériau barrière ayant une épaisseur moyenne comprise entre 0,02 et 0,5 mm, et de préférence, une épaisseur moyenne de 0,04 à 0,2 mm, pour une épaisseur totale de ladite structure à 3 couches typiquement de 1,2 mm. Comme déjà indiqué, cette épaisseur peut tre modulée en fonction du niveau de performances souhaité, compte tenu de la nature du produit conditionné. Un autre objet de l'invention est constitué par les tubes (1) qui comprennent une tte (2) selon l'invention. De préférence, 1'assemblage de ladite jupe et de ladite tte est formé par co-injection de ladite tte sur ladite jupe formée préalablement, En effet, bien que les ttes puissent tre fabriquées en tant que telles puis assemblées à des jupes, il est avantageux de procéder comme indiqué à la figure 4, c'est à dire de former la tte par injection sur une jupe, en réunissant en une seule étape la formation de la tte et l'assemblage de la tte et de la jupe, qui peut tre, elle, fabriquée à part. Un autre objet de l'invention est constitué par le procédé de fabrication d'une tte multicouche selon l'invention. Dans ce procédé a) on co-injecte, dans une cavité formée par la coopération d'une matrice (61) et d'un poinçon (60), et à I'aide d'une buse de co-injection annulaire (5) alimentée en matériaux polyoléfiniques et en matériau barrière fondus, à partir d'un temps T = 0 jusqu'à un temps T = To de remplissage, des flux de matériaux polyoléfiniques correspondant aux dites couches intérieure et extérieure (24,23), et, à partir d'un temps T = t jusqu'à un temps T = To-t', un flux de matériau barrière correspondant à ladite couche interne (25), les temps t et t'étant choisi aussi petit que possible de manière à ce que, après élimination de la carotte d'injection (26), les extrémités (250,251) de ladite couche interne (25) en matériau barrière de ladite tte (2) soient totalement encapsulées par ledit matériau polyoléfinique desdites couches intérieure et extérieure (24,23), lesdites extrémités (250,251) étant séparées du milieu extérieur par une épaisseur d'au moins 20 nm dudit matériau polyoléfinique, b) on poursuit t'injection dudit matériau polyoléfinique pendant un temps complémentaire T'au moins égal à To, de manière à stabiliser la quantité de matière polyoléfinique injectée. Typiquement-To peut aller de 0,1 s à 1 s -To+T'peut aller de 1 s à 3 s -t peut aller de 0, 01. To à 0, 5. To -t'peut aller de 0, 01. To à 0,65. To Ce procédé sera mieux compris en considérant les figures 3, 4 et 8. On voit bien sur la figure 8 que l'injection de matériau barrière MB commence après celle de PE et se termine avant celle de PE. Ainsi, il est clair qu'avec l'ensemble des moyens définis par l'invention, il est possible de réguler, durant tout un cycle de production T d'une tete, à la fois l'introduction de chacun des matériaux injectés, et ainsi de maîtriser d'une part les distances"e"et"e'" D'autre part, ces moyens permettent aussi de modifier à volonté l'épaisseur de la couche de matériau barrière MB, en régulant les débits relatifs de matériau barrière MB et de PE. En effet, le procédé selon l'invention offre un très grande souplesse d'utilisation puisque, par un simple réglage, typiquement au niveau des vannes (635, 645), généralement des vannes à tiroir ou des vannes régulatrices de débit, ou encore par réglage de la vitesse de rotation des vis extrudeuses, il est possible d'ajuster au niveau souhaité les débits de PE et de MB. Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication de tubes ayant une tte (2) selon l'invention. Selon une première modalité, on peut assembler, par tout moyen connu, typiquement par tout type de soudure, une tte selon l'invention sur une jupe. Mais, de préférence, on assemble ladite tete et ladite jupe en co-injectant ladite tete sur ladite jupe, comme illustré à la figure 4. Une unité de fabrication utilisant le procédé de l'invention a été schématisée à la figure 712. Dans ce procédé industriel, un plateau tournant ou carrousel (76) à axe de rotation vertical (77), divisé en p secteurs (71,72,73,74), p étant égal typiquement à 8, et indexé en rotation avec un pas angulaire égal à 360 /p, met en regard chaque secteur successivement avec au moins trois postes fixes décalés angulairement par rapport audit axe de rotation, avec un premier poste (71) de chargement des jupes sur ledit secteur du plateau, puis avec un second poste (72) de co-injection et surmoulage desdites ttes sur lesdites jupes, et avec un troisième poste de déchargement des tubes (74) dudit plateau, le temps de séjour d'un secteur en face de chacun des postes fixes étant égal à la somme To+T', somme de préférence allant de 1 seconde à 3 secondes, et l'intervalle de temps entre deux postes fixes étant notamment déterminé par le décalage angulaire entre ces deux postes fixes. On représenté à la figure 7 le cas où, p étant égal à 8, le poste de co-injection (72) et le poste de déchargement (74) sont décalés angulairement d'un angle a, typiquement égal à 180 , de manière à ce que le temps de refroidissement des tubes entre le poste de coinjection et le poste de déchargement soit sensiblement égal à (To+T'). (p/360 ). a. EXEMPLE DE REALISATION Toutes les figures-sauf les figures la et lb-sont relatives à l'invention et illustrent l'invention. Les ttes de tube obtenues selon les exemples sont celles des figures 2a et 2b. En ce qui concerne les dimensions des ces tetes, ce sont les dimensions standard des tetes de tubes de dentifrice, la hauteur de la tte étant de 20 mm et le diamètre du tube étant de 35 mm. En ce qui concerne la nature des matériaux, le matériau polyoléfinique est du PE, et le matériau barrière est de I'EVOH. L'épaisseur de matériau multicouche au niveau de l'épaulement (21) est typiquement de 1,2 mm et les épaisseurs des couches de PE (23,24) et de matériau barrière (25) sont de 1 mm pour la couche extérieure de PE (23), de 0,05 mm pour la couche interne d'EVOH (25), et de 0,15 mm pour la couche intérieure de PE (24). On a obtenu des ttes avec des distances"e"et"e'"égales à 2mm. Pour fabriquer ces ttes, on a utilisé des buses de co-injection (5) telles que celle représentée à la figure 5. Une telle buse (5) s'insère dans un pot de co-injection (56) comprenant les arrivées ou conduits (634,644) d'alimentation en PE et en EVOH, ainsi que les moyens de régulation et d'ouverture/fermeture desdits conduits. Comme la quantité de PE est beaucoup plus grande que celle d'EVOH, chaque buse (5) comprend un piston doseur (633) qui permet l'injection d'une quantité précise de PE dans ladite cavité-un clapet anti-retour (631) empchant tout refoulement de PE. Ce piston doseur (633) est rempli en temps masqué durant le changement de tube. En ce qui concerne I'EVOH, et compte tenu de son plus faible débit, on maintient une pression en EVOH contre la vanne de régulation (645), notamment par la rotation de l'extrudeuse correspondante (630), de sorte que l'on régule le débit et le flux d'EVOH en actionnant la vanne de régulation (645). La buse (5) présente un orifice externe (55) qui est automatiquement fermé par un obturateur (54) quand la cavité formée par la coopération du poinçon (60) et de la matrice (61) n'est pas appliquée-à 1'aide du piston (62)-contre ledit orifice externe (55) en vue de la co-injection de PE et d'EVOH. Le déroulement d'un cycle de production d'une tte (2) est illustré à la figure 8. La durée d'un cycle To+T', allant de Is à 3s, est typiquement voisin de 2 s. Afin d'assurer une grande productivité, le poste de co-injection de la ligne de production utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention comprend 6 buses (5) en parallèle, leur disposition, vue de dessus, étant donnée par la figure 5, sur laquelle figure t'alimentation en PE des 6 buses (5) (deux ont été représentées en pointillés sur la figure 5). L'alimentation en PE des 6 buses est effectuée, à I'aide d'une seule extrudeuse de PE (630) II en est de mme pour l'alimentation en EVOH comme représentée à la figure 6. En ce qui concerne la ligne de production industrielle, elle a été schématisée par une vue de dessus à la figure 7. Elle comprend un carrousel (76) ou plateau tournant autour de son axe vertical (77), divisé en 8 secteurs qui défilent successivement devant un premier poste (71) d'alimentation en jupes (3), puis devant un second poste (72) de co-injection situé angulairement à 90 (360 . 2/8) du premier, puis devant un troisième poste (74) de déchargement, situé angulairement à 270 du premier, de sorte que la temps de refroidissement des ttes de tubes sur carrousel est égal à environ 4. (T+T'). La productivité de cette ligne est d'environ 10 000 tubes à l'heure sensiblement égal à 6x 3600/ (To+T'), avec To+T'voisin de 2 s AVANTAGES DE L'INVENTION L'invention apporte une alternative avantageuse à l'état de la technique En effet, comme déjà signalé, 1'invention permet d'éviter l'utilisation d'inserts-inserts qui, fabriqués à part, en un matériau spécifique, jouent le rôle de matériau barrière L'invention permet donc de résoudre tous les problèmes liés à la présence d'inserts, qu'il s'agisse de la compatibilité des matériaux et du recyclage des tubes, qu'il s'agisse de l'extension de l'insert et son effet barrière sur toute la hauteur de la tte, qu'il s'agisse encore de l'adaptation du niveau de la barrière en fonction du contenu et des conditions d'utilisation, ou qu'il s'agisse enfin du coût des tubes. En effet, 1'invention permet d'obtenir des couches d'EVOH aussi minces que possible et que nécessaire compte tenu du niveau de barrière recherché, alors qu'un insert, compte tenu notamment de sa fabrication à part et de sa manipulation doit avoir une certaine rigidité et donc une épaisseur minimum. L'invention offre donc un moyen de portée générale pour permettre au fabricant de tubes de répondre à la plupart des exigences, notamment réglementaires ou législatives, relatives aux matériaux des tubes et à leur recyclage REVENDICATIONS 1. Tte de tube (2) en matière plastique, destinée à tre assemblée à une jupe (3) pour former un tube (1), comprenant un goulot (20), typiquement fileté, et un épaulement (21) comprenant une portion annulaire (22) de raccordement à ladite jupe, caractérisée en ce que, a) ladite tte (2) comprend un matériau multicouche comprenant une couche intérieure (24) et d'une couche extérieure (23) en polyoléfine et une couche interne (25) en un matériau barrière thermoplastique, b) ladite couche interne (25) est enrobée par lesdites couches intérieure (24) et extérieure (23), y compris aux extrémités de ladite tte où lesdites couches intérieure et extérieure sont réunies en une couche polyoléfinique, la distance"e"et"e'"entre chacune des extrémités (250,251) de ladite couche interne et l'extrémité correspondante de ladite tte étant comprise entre 0,02 mm et 5 mm, de manière à ce que ladite couche interne en matériau barrière (25) s'étende sur la plus grande hauteur possible, tout en ayant ses extrémités enrobées ou encapsulées par la jonction desdites couches intérieure (24) et extérieure (23). 2. Tte selon la revendication 1 dans laquelle lesdites couches intérieure et extérieure sont en une mme polyoléfine, choisie, de préférence, parmi les polyéthylènes ou PE. 3. Tte selon la revendication 2 dans laquelle ledit matériau barrière est choisi, de préférence, parmi les alcools polyvinyliques ou EVOH. 4. Tete selon la revendication 3 dans laquelle ledit matériau multicouche présente une structure à 3 couches"PE/MB/PE", où PE et MB désignent respectivement une couche de PE et une couche de matériau barrière, typiquement de I'EVOH, la couche de matériau barrière ayant une épaisseur moyenne comprise entre 0,02 et 0,5 mm. 5. Tube comprenant une tete selon une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Tube selon la revendication 5 dans lequel 1'assemblage de ladite jupe et de ladite tète est formé par co-injection de ladite tte sur ladite jupe formée préalablement. 7. Procédé de fabrication d'une tte multicouche selon une quelconque des revendications I à 4 dans lequel a) on co-injecte, dans une cavité formée par coopération d'une matrice (61) et d'un poinçon (60), et à l'aide d'une buse de co-injection annulaire alimentée en matériaux polyoléfiniques et en matériau barrière fondus, à partir d'un temps T = 0 jusqu'à un temps T = To de remplissage, des flux de matériaux polyoléfiniques, typiquement de PE, correspondant aux dites couches intérieure et extérieure, et, à partir d'un temps T = t jusqu'à un temps T = To-t', un flux de matériau barrière correspondant à ladite couche interne, les temps t et t'étant choisi aussi petit que possible de manière à ce que, après élimination de la carotte d'injection (26), les extrémités (250,251) de ladite couche en matériau barrière MB de ladite tte soit totalement encapsulée par ledit matériau polyoléfinique desdites couches intérieure et extérieure, lesdites extrémités étant séparées du milieu extérieur par une épaisseur d'au moins 20 um dudit matériau polyoléfinique, b) on poursuit l'injection dudit matériau polyoléfinique pendant un temps complémentaire T'au moins égal à To, de manière à stabiliser la quantité de matière polyoléfinique injectée. 8. Procédé de fabrication selon la revendication 7 dans lequel -TovadeO, lsà ls, -To+T'va de ls à 3s -tvadeO, 01 TåO, l T, -t'va de 0, 02. T a 0, 2. T. 9. Procédé de fabrication de tubes dans lequel on assemble sur une jupe une tte selon une quelconque des revendications 7 à 8. 10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel on assemble ladite tete et ladite jupe en co-injectant ladite tte sur ladite jupe. II. Procédé selon ute quelconque des revendications 7 à 10 dans lequel on fabrique simultanément n tetes, n étant typiquement compris entre 2 et 16, à l'aide de n buses (5), alimentées en matériau polyoléfinique à 1'aide d'une extrudeuse de matériau polyoléfinique et d'un répartiteur (63) à n branches (632), et alimentées en matériau barrière à I'aide d'une extrudeuse de matériau barrière et d'un répartiteur (64) à n branches (642). 12. Procédé de fabrication selon une quelconque des revendications 10 ou I 1 dans lequel un plateau tournant ou carrousel (76) à axe de rotation vertical (77), divisé en p secteurs (71,72,73,74), p étant égal typiquement à 8, et indexé en rotation avec un pas angulaire égal à 360 /p, met en regard chaque secteur successivement avec au moins trois postes fixes décalés angulairement par rapport audit axe de rotation, avec un premier poste (71) de chargement des jupes sur ledit secteur du plateau, puis avec un second poste (72) de co-injection et surmoulage desdites ttes sur lesdites jupes, et avec un troisième poste de déchargement des tubes (74) dudit plateau, le temps de séjour d'un secteur en face de chacun des postes fixes étant égal à la somme To+T', somme de préférence allant de 1 s à 3 s, et l'intervalle de temps entre deux postes fixes étant notamment déterminé par le décalage angulaire entre ces deux postes fixes. 13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel, p étant égal à 4, le poste de coinjection (72) et le poste de déchargement (74) sont décalés angulairement d'un angle a, typiquement égal à 180 , de manière à ce que le temps de refroidissement des tubes entre le poste de co-injection et le poste de déchargement soit sensiblement égal à (To+T'). (p/360 ). a.