Brevet FR2813290A1 — publié le 20020301

Matériau de calage, et procédé et machine pour sa fabrication. La présente invention concerne un matériau de calage à base de papier, et le procédé et la machine pour le réaliser. On connaît des matériaux de calage notamment par la demande de brevet européen 888879, mais ces matériaux sont relativement peu performants. On a aussi proposé de faire des matelas de calage mettant en oeuvre du papier multicouche, mais ces matelas ne sont pas d'application très générale en matière de calage. Dans le présent texte, on utilisera principalement le terme de matériau de calage, étant entendu que de tels matériaux sont susceptibles d'être utilisés pour des fonctions variées, notamment le remplissage d'emballage ou le rembourrage. Un but de la présente invention est de fournir des matériaux de calage occupant un gros volume pour un poids minime, autrement dit ayant une densité très faible. Un autre but de la présente invention est de fournir des matériaux de calage susceptibles d'être préparés commodément à partir d'une matière première de départ ayant une densité relativement haute et un faible encombrement. Un autre but de la présente invention est de fournir des matériaux de calage susceptibles d'être préparés à partir d'une matière première de départ peu inflammable (= peu enflammable), donc facile à stocker en toute sécurité. Un autre but de la présente invention est de fournir des matériaux de calage susceptibles d'être préparé à partir de rouleaux de papiers, et plus particulièrement de rouleaux de papier à haute résistance, et plus particulièrement encore de rouleaux de papier de type banal. Un autre but de la présente invention est de fournir des matériaux de calage et un procédé pour leur fabrication tels que ce procédé puisse être mis en oeuvre par l'utilisateur ou près du lieu d'utilisation du matériau de calage. Un autre but de la présente invention est de fournir des matériaux de calage et leur procédé de fabrication, celui-ci étant commode et simple à mettre en oeuvre, et économique, et à base de matériaux banaux. Un autre but de l'invention est de fournir une machine à fabriquer du matériau de calage, ladite machine ayant un encombrement minimum. Un autre but de l'invention est de fournir une machine à fabriquer du matériau de calage, ladite machine étant de fonctionnement simple. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux au cours de la description qui va suivre. Il a maintenant été trouvé que ces buts pouvaient être atteints grâces au matériau et à la machine selon l'invention, dont la description va suivre. Sous un premier aspect, l'invention concerne un matériau de calage à base de papier constitué d'une pluralité de pièces calantes individuelles en forme générale de cuvette, ces pièces calantes étant constituées de papier et ayant al) un évidemment central, bl) un fond de cuvette, et cl) des parois d'orientation générale perpendiculaire au dit fond de cuvette, et ayant une forme locale en zigzag irrégulier. Le zigzag irrégulier peut aussi être décrit comme étant un pliage ou froissement anarchique, cette anarchie étant toutefois limitée en ce que les parois ont quand même une orientation générale perpendiculaire au fond de la cuvette. On verra ci- après qu'une telle configuration en zigzag est obtenue par écrasement vertical d'une feuille de papier. Selon un aspect préféré de l'invention, le rapport (ou ratio) du volume de la pièce calante sur la surface du papier mis en oeuvre est compris dans une gamme allant de 0.01 à 5 cm3/cm2, de préférence de 0.05 à 1 cm3/cm2. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, les pièces calantes ont une forme générale cylindrique, de type cylindre creux à parois latérales épaisses. Selon un aspect avantageux de l'invention, le fond de cuvette des pièces calantes est essentiellement plat. Le rapport (ou ratio) du volume du matériau de calage selon l'invention par rapport au volume initial de papier nécessaire à sa réalisation, est généralement compris entre 10 et 200, de préférence entre 40 et 150, et plus préférentiellement encore entre 50 et 90. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, les pièces calantes en forme générale de cylindre creux à parois latérales épaisses ont un rapport (ou ratio) du diamètre du cylindre sur hauteur du cylindre avantageusement compris entre 0.5 et 6, de préférence entre 1 et 4. Le rapport (ou ratio) du diamètre du cylindre sur l'épaisseur de la paroi latérale est avantageusement compris entre 2,3 et 6, de préférence entre 2,5 et 3,5 La forme générale de cylindre creux, à parois épaisses, des pièces calantes telles que définies dans l'invention donne à celles-ci et au(x) matériau(x) de calage les comprenant une résistance élevée à l'écrasement ou au chocs extérieurs. Un avantage de l'invention est que les pièces calantes sont bien résistantes mécaniquement, notamment résistantes à l'écrasement ou aux forces déformantes diverses, les déformations étant d'autant plus à éviter qu'elles peuvent faire perdre le caractère calant des dites pièces. Un autre avantage de l'invention est que le matériau de calage a un effet calant excellent, et un très bon taux d'occupation des volumes vides dans les emballages. L'utilisation de papier rigide, voire très rigide, est recommandée dans l'invention parce qu'il favorise l'obtention de pièces calantes résistant mieux à l'écrasement. Le papier connu sous le nom de papier Kraft est particulièrement avantageux pour obtenir ce résultat. On peux aussi utiliser des papiers recyclables et/ou recyclés. Le papier mis en oeuvre dans l'invention peut être multicouche, mais on préfèere généralement, notamment pour des raisons d'efficacité et d'économie, utiliser du papier mono-couche. La pluralité de pièces calantes formant un matériau de calage comprend généralement au moins 5 pièces, de préférence au moins 10 pièces, et peut en comprendre jusqu'à une ou plusieurs dizaines, voire centaines, mais cela n'est pas une caractéristique essentielle de l'invention. Par ailleurs, l'invention concerne également un procédé de fabrication de matériau de calage ainsi qu'une machine destinée à mettre en oeuvre ce procédé. Le procédé selon l'invention est un procédé pour réaliser un matériau de calage, ou une pluralité de pièces calantes, à l'aide d'une machine, ce procédé comprenant les étapes suivantes: a2) alimenter la machine à l'aide de papier sous forme de (grande) feuille plane [cette feuille est de préférence continue; elle peut être mono- ou multi-couche, de préférence mono-couche], cette alimentation amenant le papier plan en position obturant l'une des ouvertures (ou extrémités) des canaux creux, b2) découper le dit papier (en forme de grande feuille) selon des bandes parallèles (longitudinales), c2) découper (transversalement) les bandes parallèles de manière à former des petites feuilles de papier de surface restreinte (avantageusement des rectangles ou carrés), les étapes b2) et c2) pouvant être simultanées ou différées par rapport à l'étape a2) ou pouvant la précéder, d2) enfoncer les petites feuilles de papier à l'intérieur de canaux creux à l'aide de moyens de poussage (ces moyens poussant les petites feuilles de préférence en leur centre), jusqu'à ce que les petites feuilles aient pénétré entièrement dans les dits canaux creux, et jusqu'à ce que les centres des dites petites feuilles butent contre des surfaces rigides situées à l'autre extrémité des canaux creux, e2) pousser les parties latérales des dites petites feuilles en direction des surfaces rigides précédentes, de manière à produire un écrasement des dites parties latérales, cet écrasement générant avantageusement une forme de zigzag irrégulier pour les dites parties latérales écrasées, f2) retirer la surface rigide pour libérer hors des canaux creux, les pièces de papier ainsi formées, g2) faire sortir (de préférence en poussant ou en laissant tomber) les dites pièces de papier ainsi formées, hors des canaux creux, h2) collecter les pièces de papier ainsi formées de manière à constituer un matériau de calage, lui-même constitué d'une pluralité de pièces calantes. Le procédé selon l'invention comprend aussi des moyens empêchant le papier de se coincer entre les différents moyens de poussage et canaux creux. L'alimentation a2) à l'aide de papier sous forme de (grande) feuille plane est avantageusement réalisée par déroulement d'un rouleau de papier. Cette variante de l'invention est particulièrement avantageuse en ce que le stockage de tels rouleaux de papiers tient peu de volume, et est peu inflammable (= peu enflammable), en tout cas beaucoup moins inflammable que le matériau de calage en polystyrène expansé. Les canaux creux sont de préférence de forme cylindrique, pouvant être notamment en forme d'un cylindre à base ronde ou polygonale, régulière ou irrégulière; cette forme peut être dentelée ou cannelée. Les petites feuilles de papier ont, comme indiqués ci-avant, une surface restreinte. Par surface restreinte, on entend que la surface des petites feuilles est plus petite que celle de la grande feuille initiale, dans la mesure ou la grande feuille a subi un découpage, et même deux découpages, l'un longitudinal, l'autre transversal. Sur un plan pratique ces petites feuilles de surface restreinte ont souvent une forme de rectangle ou de carré, la dimension des côtés étant souvent comprise entre 3 et 40 cm, de préférence entre 4 et 25 cm, plus préférentiellement entre 5 et 20 cm. Par ailleurs, l'invention concemrne également une machine destinée à mettre en ceuvre le procédé selon l'invention. Les éléments de cette machine sont numérotés dans la description qui suit en utilisant les numéros des figures 1 à 5, étant entendu que la description suivante de la dite machine (et les revendications correspondantes) doit être comprise sans la mention de ces numéros, ceux-ci ne faisant pas partie de la description de la machine proprement dit et n'ayant qu'un rôle de faciliter la compréhension du texte. Cette machine comprend a3) au moins deux canaux creux (3) b3) des moyens (5) de poussage du centre des petites feuilles (1) de papier, c3) des moyens (6) de poussage et écrasement des parties latérales des petites feuilles (1) de papier d3) des surfaces rigides (4) obturant la sortie des canaux creux (3) et sur lesquelles viennent buter les moyens (5) de poussage des centres des petites feuilles (1) de papier [les moyens (5) butent à travers ces feuilles de papier], e3) des moyens (non représentés sur les figures) permettant le retrait des surfaces rigides (4) de manière à libérer le passage des pièces calantes formées par la machine f3) des moyens (non représentés sur les figures) permettant un poussage différé des moyens (6) de poussage et écrasement des parties latérales, par rapport au poussage des moyens (5) de poussage des centres des petites feuilles (1) de papier, g3) des moyens pour empêcher le coincement du papier entre les moyens de poussage (6) et les canaux creux (3) h3) des moyens pour empêcher le coincement du papier entre les moyens de poussage (6) des parties latérales des petites feuilles de papier et les moyens de poussage (5) des centres des petites feuilles de papier, i3) des moyens d'alimentation en petite feuille de papier amenant ces petites feuilles en position obturant l'entrée des canaux creux (3), entre les canaux creux (3) et les moyens de poussage (5), j3) des moyens (non représentés sur les figures) de collecte des pièces calantes formées par la machine. De manière avantageuse, les moyens i3) d'alimentation en petite feuille de papier, comprennent en outre, k3) des moyens d'alimentation en grande feuille de papier, 13) éventuellement des moyens de déroulement d'un rouleau de papier continu de manière à générer une grande feuille m3) des moyens de découpage longitudinal en bandes parallèles de cette grande feuille, n3) des moyens de découpage transversal de ces bandes parallèles en petites feuilles de papier. Dans la machine de l'invention, les moyens de poussage sont aussi pourvus de moyens actionnant ce poussage. De manière encore avantageuse, la machine de l'invention comprend: p3) des moyens actionnant le coulissage des moyens de poussage (5) des centres des petites feuilles dans les moyens de poussage (6) des parties latérales des petites feuilles, q3) des moyens actionnant le coulissage des moyens de poussage (6) des parties latérales des petites feuilles dans les canaux creux (3). Plus précisément, les moyens sus-décrits peuvent être réalisés de la manière suivante: Comme déjà dit à propos du procédé, les canaux creux sont de préférence cylindriques. Ces cylindres creux (3), aussi bien que les autres cylindres mentionnés dans la description de l'invention, peuvent être des cylindres à base ronde ou polygonale, régulière ou irrégulière. Les moyens de poussage (6) peuvent être sous forme de cylindres, ou de disques (c'est-à-dire un cylindre de faible épaisseur) liés à une ou des tiges (ou barres), celles-ci servant à relier les moyens actionnant le mouvement et les disques exerçant le poussage des feuilles de papier. Ces moyens de poussage peuvent aussi avoir un forme de piston. Les moyens de poussage (6) sont capables de coulisser dans les canaux (ou cylindre) creux (3). Les moyens de poussage (5) sont avantageusement des cylindres, pouvant coulisser à l'intérieur des moyens de poussages (6). Pour des raisons de qualité et de sécurité, il est avantageux que ces cylindres aient un bout arrondi, voire sphérique ou ovoidal. Les moyens d'éviter les coincements de papier sont avantageusement des rainurages ou cannelures disposés sur les parois intérieures ou extérieures des cylindres, notamment des canaux (ou cylindres) creux (3), des moyens de poussage (6), et des moyens de poussage (5), notamment lorsque ces moyens de poussages (5) et (6) sont cylindriques. La taille et la forme des cannelures ou rainures peuvent varier largement sans sortir du cadre de l'invention. Généralement la taille de ces rainures ou cannelures sont comprises entre V2 mm et 1 cm, mais des tailles dépassant ces limites peuvent aussi être utilisées sans sortir du cadre de l'invention. Les rainures ou cannelures sont avantageusement disposées sur plus de la moitié de la surface des cylindres (canaux creux et moyens de poussage), de préférence sur plus des 2/3 de ces surfaces, et encore plus préférentiellement sur la totalité de ces surfaces. Les moyens f3) permettant un poussage différé des moyens (6) de poussage des parties latérales et des moyens (5) de poussage des centres des petites feuilles sont avantageusement constitués par des ressorts (ou un moyen équivalent) conservant un décalage spatial entre les moyens (6) et les moyens (5). En actionnant le poussage des moyens (6), les moyens (5) qui sont maintenus en position décalée et avancée, poussent les centres des petites feuilles. Quand ces moyens (5) butent contre les surfaces rigides (4), alors les moyens actionnant le poussage des moyens de poussage (6) prévalent sur les ressorts [ou moyens f3 maintenant le décalage entre (6) et (5)] et le poussage des parties latérales des petites feuilles se met en oeuvre postérieurement au poussage des centres des petites feuilles. Dans ce qui précède, le poussage différé des moyens (6) et (5) a été présenté comme réalisé par le moyen de ressorts. D'autres systèmes peuvent être utilisés, notamment des moteurs actionnant séparément et successivement les moyens (5) puis les moyens (6). Des exemples particuliers de réalisation de l'invention sont illustrés dans les figures 1 à 6, ces exemples étant donnés à titre non limitatif et sans échelle déterminée, et simplement pour mieux faire comprendre l'invention. La figure 6 montre une vue de dessus d'une pièce calante. En périphérie on voit les parois (10) écrasées en zigzag irrégulier et, au centre, le fond (9) de la cuvette. La figure 6a illustre une coupe selon AA de la pièce calante de la figure 6, avec les parois épaisses (10) écrasées en zigzag irrégulier, et, au centre, le fond (9) de la cuvette. La figure 1 représente les moyens de poussage (5) et (6) avant poussage des petites feuilles de papier (1). Les canaux creux (3) (ou cylindres) sont alors obturés à leurs deux extrémités (ou ouvertures); à une extrémité, ils sont obturés par les petites feuilles de papier (1) et à l'autre extrémité par les surfaces rigides (4). Les moyens d'éviter le coincement du papier existent, mais ne sont pas représentés. La figure 2 représente le stade du procédé de l'invention o les moyens de poussage (5) ont poussé la petite feuille (1) complètement à l'intérieur du cylindre creux (3), sans que cette petite feuille se coince entre les moyens de poussage (6) et (5), et jusqu'à ce que cette petite feuille entre en contact avec (ou bute contre) la surface rigide (4). La partie de la petite feuille (1) entrant en contact avec la surface rigide (4) est destinée à constituer le fond de la cuvette des pièces calantes selon l'invention. À ce stade du procédé, selon la figure 2, les moyens (6) n'ont pas encore poussé les parties latérales des petites feuilles, car ils ont une action différée. La figure 3 représente le stade ultérieur du procédé de l'invention o les moyens de poussage (6) ont poussé et écrasé les parties latérales des petites feuilles (1) de papier. À ce stade, les pièces calantes (11) sont déjà formées [à partir des petites feuilles (1)], mais ne sont pas encore libérées de la machine. La figure 4 représente le stade du procédé selon l'invention o les pièces calantes (11) sont libérées de la machine grâce au poussage des moyens de poussage (5) et au retrait des surfaces rigides (4), ces pièces calantes (11) devant alors être réunies avec d'autres pièces calantes formées simultanément et/ou parallèlement, les unes et les autres étant alors collectées pour constituer le matériau de calage. La figure 5 représente deux cylindres rainurés et coulissant, l'un intérieur (7) et l'autre extérieur (8). Si le cylindre intérieur (7) représente les moyens (6) de poussage, alors le cylindre extérieur (8) représente le canal (ou cylindre) creux (3). Si le cylindre intérieur (7) représente les moyens (5) de poussage, alors le cylindre extérieur (8) représente les moyens (6) de poussage. Revendications 1. Matériau de calage à base de papier caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité de pièces calantes individuelles en forme générale de cuvette, ces pièces calantes étant constituées de papier et ayant al) un évidemment central, b 1) un fond de cuvette, et c 1) des parois d'orientation générale perpendiculaire au dit fond de cuvette, et ayant une forme locale en zigzag irrégulier. 2. Matériau tel que défini dans la revendication 1 destiné au remplissage d'emballage ou au rembourrage 3. Matériau selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport du volume de la pièce calante sur la surface du papier mis en oeuvre est compris dans une gamme allant de 0.01 à 5 cm3/cm2, de préférence de 0.05 à 1 cm3/cm2. 4. Matériau selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les pièces calantes ont une forme générale de cylindre creux à parois latérales épaisses et ont un fond de cuvette des pièces calantes essentiellement plat. 5. Matériau selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport du volume du matériau de calage par rapport au volume initial de papier nécessaire à sa réalisation, est compris entre 10 et 200, de préférence entre 40 et 150, et plus préférentiellement encore entre 50 et 90. 6. Matériau selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les pièces calantes en forme de cylindre creux à parois latérales épaisses ont un rapport du diamètre du cylindre sur la hauteur du cylindre compris entre 0.5 et 6, de préférence entre 1 et 4, et/ou que le rapport du diamètre du cylindre sur l'épaisseur de la paroi latérale est compris entre 2,3 et 6, de préférence entre 2,5 et 3,5 il 7. Matériau selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est constitué de papier rigide monocouche, de préférence de papier Kraft 8. Procédé de fabrication de matériau de calage ou d'une pluralité de pièces calantes, à l'aide d'une machine, caractérisé en ce que ce procédé comprend les étapes suivantes: a2) alimenter la machine à l'aide de papier sous forme de feuille plane (mono- ou multi-couche, de préférence mono-couche), cette alimentation amenant le papier plan en position obturant l'ouverture de canaux creux, b2) découper le dit papier selon des bandes parallèles, de préférence longitudinalement, c2) découper, de préférence transversalement, les bandes parallèles de manière à former des petites feuilles de surface restreinte (de préférence des rectangles ou carrés) de papier, les étapes b2) et c2) pouvant être simultanées ou différées par rapport à l'étape a2) ou pouvant la précéder, d2) enfoncer les petites feuilles de papier à l'intérieur des canaux creux à l'aide de moyens de poussage (ces moyens poussant les petites feuilles de préférence en leur centre), jusqu'à ce que les petites feuilles aient pénétré entièrement dans le(s) dit(s) canaux creux, et que les centres des dites petites feuilles butent contre des surfaces rigides, e2) pousser les parties latérales des dites petites feuilles en direction des surfaces rigides de manière à produire un écrasement, cet écrasement générant une forme de zizag irrégulier pour les dites parties latérales écrasées, f2) retirer la surface rigide pour libérer hors des canaux creux, les pièces de papier ainsi formées, g2) faire sortir les dites pièces de papier ainsi formées, hors des canaux creux, h2) collecter les pièces de papier ainsi formées de manière à constituer un matériau de calage, lui-même constitué d'une pluralité de pièces calantes. 9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'alimentation a2) à l'aide de papier sous forme de feuille plane est réalisée par déroulement d'un rouleau de papier et/ou que la feuille plane est une feuille continue. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les canaux creux sont de forme cylindrique, à base ronde ou polygonale, et que les petites feuilles de papier ont une forme de rectangle ou de carré, la dimension des côtés étant éventuellement comprise entre 3 et 40 cm, de préférence entre 4 et 25 cm, plus préférentiellement entre 5 et 20 cm. 11. Machine destinée à la fabrication de matériau de calage caractérisée en ce qu'elle comprend a3) au moins deux canaux creux (3) b3) des moyens (5) de poussage du centre des petites feuilles (1) de papier, c3) des moyens (6) de poussage et écrasement des parties latérales des petites feuilles (1) de papier d3) des surfaces rigides (4) obturant la sortie des canaux creux (3) et sur lesquelles viennent buter les moyens (5) de poussage des centres des petites feuilles (1) de papier e3) des moyens permettant le retrait des surfaces rigides (4) de manière à libérer le passage des pièces calantes formées par la machine f3) des moyens permettant un poussage différé des moyens (6) de poussage et écrasement des parties latérales, par rapport au poussage des moyens (5) de poussage des centres des petites feuilles (1) de papier, g3) des moyens pour empêcher le coincement du papier entre les moyens de poussage (6) et les canaux creux (3) h3) des moyens pour empêcher le coincement du papier entre les moyens de poussage (6) des parties latérales des petites feuilles de papier et les moyens de poussage (5) des centres des petites feuilles de papier, i3) des moyens d'alimentation en petite feuille de papier amenant ces petites feuilles en position obturant l'entrée des canaux creux (3), j3) des moyens de collecte des pièces calantes formées par la machine. 12. Machine selon la revendication 11 caractérisée en ce que les moyens i3) d'alimentation en petite feuille de papier, comprennent en outre, k3) des moyens d'alimentation en grande feuille de papier, 13) éventuellement des moyens de déroulement d'un rouleau de papier continu de manière à générer une grande feuille m3) des moyens de découpage longitudinal en bandes parallèles de cette grande feuille, n3) des moyens de découpage transversal de ces bandes parallèles en petites feuilles de papier. 13. Machine selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend: p3) des moyens actionnant le coulissage des moyens de poussage (5) des centres des petites feuilles dans les moyens de poussage (6) des parties latérales des petites feuilles, q3) des moyens actionnant le coulissage des moyens de poussage (6) des parties latérales des petites feuilles dans les canaux creux (3). 14. Machine selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les canaux creux et les moyens de poussage sont cylindriques, à base ronde ou polygonale, régulière ou irrégulière. 15. Machine selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les moyens de poussage (6) sont capables de coulisser dans le canal ou cylindre creux (3), et que les moyens de poussage (5) sont capables de coulisser à l'intérieur des moyens de poussages (6). 16. Machine selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les moyens d'éviter les coincements de papier sont des rainurages ou cannelures disposés sur les parois intérieures ou extérieures des cylindres, notamment des canaux (ou cylindre) creux (3), des moyens de poussage (6), et des moyens de poussage (5). 17. Machine selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les moyens d'éviter les coincements de papier sont des rainurages ou cannelures disposées sur plus de la moitié de la surface des cylindres (canaux creux et moyens de poussage), de préférence sur plus des 2/3 de ces surfaces, et encore plus préférentiellement sur la totalité de ces surfaces.