Brevet FR2839277A1 — publié le 20031107

couche. - 1 DESCRIPTION La presente invention concerne le domaine de la fabrication de contenants en materiau polymere, notamment en polyester. Plus particulierement, elle concerne le domaine de la fabrication de bouteilles en polyester, de preference en polyethylene terephtalate (PET), contenant un liquide, de preference de l'eau et notamment de l'eau minerale. La presente invention a pour objet un procede de fabrication d'un contenant en polyester par injection de liquide dans une preforme. Wile a egalement pour objet un dispositif pour mettre en aeuvre ce procede. Depuis de nombreuses annees, les bouteilles en PET que l'on trouve habituellement dans le commerce vent fabriquees par soufflage ou soufflage etirage, a l'air comprime, de preformes en PET. Une preforme se presente habituellement sous forme de tube cylindrique ferme a l'une de ses extremites et ouvert a son extremite opposee. La tete de la preforme, ouverte, correspond au col du contenant. Au cours du procede classique de fabrication du contenant a partir d'une preforme, les preformes vent enfilees, fetes en teas, sur les plots cylindriques d'une chaine de convoyage continue qui transporte ainsi les preformes a travers un four, essentiellement constitue par une section rectiligne bordee de chaque cote de moyens de chauffage par rayonnement, ce afin de conditionner en temperature la matiere plastique pour l'etape de soufflage-etirage subsequente. La preforme chaude est ensuite prelevee et transportee dans un moule d'une machine de soufflage. Le mouvement de transport realise par un bras de transfert par exemple, est coordonne avec celui de la machine de soufflage qui est generalement realisee sous la forme d'un carrousel rotatif tournant de maniere continue autour de son axe vertical et qui porte, a sa peripherie, une serie de moules identiques. Ainsi, la preforme est placee dans le moule immediatement apres que celui-ci se soit ouvert et que le contenant precedemment forme soit retire. La preforme est prealablement chauffee de maniere a etre dans le moule a une temperature superieure a la temperature de transition vitreuse (environ 1 00 C) afin de permettre la mise en forme par soufflage-etirage. La temperature de la preforme a la fin de l'etape de chauffage est legerement superieure a celle requise a l'interieur du moule de la souffleuse, ce akin de tenir compte du refroidissement qui a lieu sur la distance existent entre le lieu de chauffage et le lieu du soufflage. Grace au mouvement rotatif et a la presence simultanee de plusieurs moules, une telle machine de soufflage permet de produire des contenants a des cadences tres elevees, de l'ordre de plusieurs dizaines de milkers d'unites a l'heure soit de l'ordre de 1000 a 2000 bouteilles par heure et par motile. Le soufflage-etirage se fait par etirage a ['aide d'une tige metallique, une injection d'air se faisant a des pressions variant de 3 a 40 bars (3. 105 Pa a 4.106 Pa). L'air est injecte a travers une buse dont l'extremite est introduite a travers l'ouverture de la tete de la preforme. Les bouteilles fabriquees par injection d'air sous pression ont une duree de vie relativement satisfaisante pour un poids et un type de matiere donnes. Neanmoins, les caracteristiques et proprietes intrinseques du PET peuvent laisser envisager des resultats encore meilleurs en modifant le procede de fabrication des contenants. Un des objectifs de la presente invention est par consequent de proposer un procede ameliore de fabrication d' un contenant en polyester a partir d' une preforme. Un autre objectif est de pouvoir eventuellement integrer l'etape de remplissage du contenant dans le processus de fabrication de ce dernier. A cet effet, ['invention propose un procede de fabrication d'un contenant en resine polyester a partir d'une preforme se presentant sensiblement sous forme d'un tube cylindrique comportant une ouverture preferentiellement au niveau d'un col, ledit procede comprenant une etape de chauffage de ladite preforme a une temperature superieure a la temperature de transition vitreuse audit polyester et une etape d'expansion effectuee a l'interieur d'une cavite ou d'un motile, caracterise en ce que, lors de ladite etape d'expansion, un fluide incompressible est injecte a travers l'ouverture de ladite preforme pour former ledit contenant. Les contenants obtenus grace a ce procede ont des caracteristiques bien meilleures que ceux obtenus avec un procede de soufflage-etirage de type classique a gonflage par fluide gazeux. Notamment, il a ete constate qu'ils avaient une duree de vie superieure pour un poids et un type de matiere donnes. Le taux de cristallinite, c'est-a-dire la masse de phase cristalline par rapport a la masse totale de polymere, d'un contenant obtenu avec le procede selon ['invention peut notamment etre beaucoup plus important. Par exemple, dans le cas de bouteilles en PET, les bouteilles obtenues par le procede selon ['invention peuvent avoir des niveaux de cristallinite compris entre 30% et 50% ce qui leur confere des durees de vie superieures aux bouteilles actuellement obtenues pour un meme poids et un meme type de PET possedant des niveaux de cristallinite compris entre 25% et 30%. Selon un autre aspect de la presente invention, ledit fluide incompressible est un liquide injecte sous pression, sous une vitesse et une pression contr61ees, (en quantite contr61ee), preferentiellement le liquide destine a etre contenu dans ledit contenant final a former. Ainsi, le liquide utilise pour la fabrication des contenants peut etre le liquide a conditionner, par exemple de l'eau et notamment de l'eau minerale, ce qui permet de se passer d'une etape ulterieure de remplissage. Les etapes de fabrication de contenants et de remplissage de ces contenants se trouvent ainsi integrees en une seule et meme etape. Cette solution presente bien evidemment d' importants avantages economiques et limite le s ris ques de contamination, en particulier bacterienne, du contenant vice. Avantageusement, lorsque ledit contenant a former est une bouteille en PET, ladite preforme est chauffee a une temperature superieure a la temperature de transition vitreuse audit PET, typiquement aux environs de 75 C a 85 C, lors - 4 de ladite etape de chauffage et la temperature audit fluide incompressible est comprise entre 10 C et 90 C lors de ladite etape d'expansion. Conformement a un mode de realisation prefere de ['invention, ladite temperature du fluide incompressible est d'environ 15 C. Selon un autre aspect de la presente invention, il est egalement propose un dispositif pour mettre en cEuvre un procede du type qui vient d'etre defini, caracterise en ce qu'il comprend essentiellement un moyen d'injection de liquide adapte a etre raccorde a une buse d'une installation de soufflage ou de soufflage etirage connue, preferentiellement de type classique a expansion par fluide gazeux. Ainsi, le procede selon ['invention peut notamment etre mis en ccuvre a partir d'une installation de fabrication de contenants deja existante, par exemple une unite de fabrication de bouteilles en PET de type classique. Il suffit de modifier ['installation afin que les buses de soufflage qui vent associees aux differents moules de la machine de soufilage traditionnelle soient raccordees a des moyens d'injection de liquide selon ['invention plutot qu'aux arrivees de fluide gazeux. Toutefois, le procede selon ['invention pourra egalement etre mis en couvre avec une installation specifiquement construite a cet effet et presentant les differents elements evoques ci-dessus. Avantageusement, un moyen de commande audit moyen d'injection de liquide est actionne par du gaz sous pression delivre par une ligne d'alimentation en fluide gazeux de ladite installation de soufflage ou de soufilage-etirage de type classique. Il peut s'agir par exemple d'un piston dont le deplacement dans un verin rempli de liquide est commande par le fluide gazeux sous pression d'une installation de soufflage ou de soufflage-etirage de type classique. De la sorte, les arrivees de fluide gazeux d'une installation de fabrication de contenants deja existante, par exemple une unite de fabrication de bouteilles en PET de type classique, vent utilisees pour commander les moyens d' injection de liquide rapportes selon ['invention. L' installation de soufflage conventionnelle ne subit done globalement que peu de modifications. Avantageusement, ledit moyen d' injection de liquide est egalement raccorde a une arrivee d'une ligne d'alimentation en liquide, preferentiellement en liquide de remplissage des contenants a former. De la sorte, comme il a ete explique plus haut, le liquide utilise pour la fabrication des contenants est le liquide a conditionner, ce qui permet de se passer d'un dispositif supplementaire de remplissage. Les dispositifs de fabrication de contenants et de remplissage de ces contenants se kouvent ainsi integres en un seul et meme dispositif. Ainsi, selon un mode de realisation prefere, le moyen d'injection consiste en un ensemble cylindre/piston, dans lequel le piston formant moyen de commande a deplacements alternatifs delimite dans ledit cylindre, d'une part, une chambre de commande reliee a une ligne d' alimentation en air sous pressi on et, d'autre part, une chambre d'injection de liquide reliee a une arrivee d'une ligne d'alimentation en liquide et raccordee a la louse. L' invention sera mieux comprise grace a la description ci-apres, qui se rapporte a un mode de realisation prefere, donne a titre d'exemple non limitatif, et explique avec reference a la fgure schematique annexee representant un dispositif 1 d'injection de liquide dans une preforme installee dans un moule ou une cavite, selon la presente invention. Le mode de realisation donne ici a titre d'exemple se rapporte a un procede de fabrication de bouteilles d'eau en PET a partir d'une preforme chauffee. Ainsi qu'on le volt sur la figure annexee, une preforme 10 se presente sous la forme d'un tube cylindrique ferme a son extremite inferieure. La tete 11 de la preforme, ouverte, correspond au col de la bouteille, c'est a dire, dans ce cas, au goulot sur lequel doit etre visse un bouchon. Le procede est mis en ceuvre au moyen de modifcations apportees a une installation classique de fabrication de bouteilles d'eau minerale en PET, telle que decrite precedemment dans la partie introductive de la presente. - 6 Selon la presente invention, lors de l'etape d'expansion, est injecte a travers 19Ouverture 10' de la preforme 10 non pas de l'air sous pression, mais un fluide incompressible On utilisera avantageusement comme fluide incompressible permettant la mise en forme de la bouteille le liquide que cette bouteille doit contenir, de maniere a supprimer une etape ulterieure de remplissage. Afin de mettre en ccuvre ['invention, des modifications vent apportees a une installation classique de fabrication de bouteilles en PET, ainsi qu'on le volt sur la figure annexee. Globalement, vent rapportes sur la machine de soufflage, au niveau des moules9 des dispositifs 1 d'inJection de liquide adaptes a etre raccordes aux buses 102 associees a ces moules (un dispositif 1 par motile). La figure unique represente de maniere schematique un moule 101 a l'interieur duquel est renferme le corps d'une preforme 10. Le col 11 de la preforme depasse a l'exterieur du motile. La buse de soufflage 102 associee au moule est inseree a travers l'ouverture 10' du col 11 de la preforme 10. La buse de soufflage 102 est normalement raccordee a une arrivee d'air 110. Selon la presente invention, le raccordement direct entre l'arrivee d'air 110 et la buse 102 est demonte. Par contre, un dispositif 1 dtinjection de liquide constitue essentiellement d'un verin 200 est associe au moule 101. L'ensemble cylindre/piston ou verin 200 comporte un corps cylindrique adapte a renfermer hermetiquement aussi bien un liquide qu'un gaz et un piston 203, 204 adapte a coulisser longitudinalement dans le corps du verin 200. La tete 204 du piston separe le corps du verin 200 en deux compartiments 200' et 200" (ou chambres) hermetiquement separes l'un de l'autre, un compartiment superieur 200' destine a recevoir de l' air et un compartiment inferieur 200" destine a recevoir de 19eau. La partie superieure 205 du verin comprend une entree d'air 206 et la partie inferieure 201 du verin comprend une entree d'eau 202 et une sortie d'eau 210. L' entree d'air 206 est raccordee a l'arrivee d'air 110 par l'intermediaire d'une vanne 111. L' entree d'eau 202 est associee a un systeme d'alimentation en eau comprenant une arrivee deau 300 raccordee par l'intermediaire d'une vanne 301 a ['entree d'eau 202 au niveau de laquelle intervient egalement un conduit de purge commande par une vanne 302. Avantageusement, selon ['invention, le systeme d'alimentation en eau amene l'eau minerale destinee a etre contenue dans les bouteilles. La sortie d'eau 210 est raccordee a la buse 102 de maniere a ce que cette derriere soit alimentee par le dispositif 1 d'injection d'eau 200. Des detecteurs magnetiques 207 et 208 (formant detecteurs de position ou de niveau) vent installes sur le verin 200 a des hauteurs differentes, le detecteur 207 intervenant dans une partie inferieure 201 du verin et le detecteur 208 intervenant dans une partie superieure 205 du verin. Les vannes 111, 209, 301 et 302 vent commandees par des servomecanismes de commande pilotes par une unite centrale de commande d'asservissement ou automate (non represente) de ['installation de fabrication de bouteilles de maniere a ce que le fonctionnement du dispositif 1 d'injection d'eau soit coordonne avec le fonctionnement de la machine de formage (soufflage) et, plus generalement avec le fonctionnement de ['ensemble de ['installation de fabrication de bouteilles. Le fonctionnement du dispositif 1 d' inj ection d' eau, coordonne avec le fonctionnement de la machine de formage ou de soufiTlage, est realise suivant un cycle d' inj ection d'une duree inferieure a la duree du cycle de rotation d' un moule autour de l'axe de la machine de formage. Dans une premiere etape du cycle d'injection, la vanne 301 est ouverte pour remplir la partie inferieure du verin en eau jusqu'a ce que la tete de piston 204 se trouve au niveau du detecteur magnetique 208. Lorsque le detecteur magnetique 208 detecte la tete de piston 204, la deuxieme etape consistent a fermer la vanne 301 est executee. Dans une troisieme etape du cycle d'injection, la vanne 111 est ouverte afm de mettre la partie superieure du verin sous pression. Cette etape est executee pendant un temps donne fixe par une temporisation. A ['issue de cette etape, une quatrieme etape est executee pendant laquelle la vanne 209 est ouverte. Le piston 203, 204, actionne par l'air sous pression present dans - 8 sa partie superieure 205, va alors descendre provoquant ['injection d'eau a travers la vanne 209 dans la buse 102 et, par suite, dans la preforme 10 qui est simultanement etiree et gonflee par l'eau injectee jusqu'a atteindre les parois 103 du moule 101. Est ainsi formee la bouteille qui, de surcrot, est deja remplie d'eau. Cette etape s'interrompt lorsque le detecteur magnetique 207 detecte la presence de la tete du piston 203. Apres un temps donne fixe par une temporisation, les vannes 209 et 111 vent fermees. Lorsque, a ['issue du cycle de rotation du moule autour de l'axe de la machine de soufflage, ce moule s'ouvre automatiquement, le bras de transfert de bouteilles sort la bouteille formee et deja remplie. L'optimisation du procede se fait pour un taux d'etirage predetermine, une temperature de preforme superieure a la temperature de la transition vitreuse du polyester utilise et une vitesse d'injection rapide, superieure a celle de refroidissement du materiau mis en oeuvre. Ainsi, un autre avantage est un temps de cycle tres court, le temps d'injection du fluide incompressible etant nettement inferieur a la seconde, de preference compris entre 0,02 s et 0,5 s et plus preferentiellement entre 0,1 s et 0,2 s. Afin d' eliminer les bulles d' air eventuelles contenues dans le circuit, est egalement prevu un cycle de purge. Le cycle de depart est defini via ['automate. Dans une premiere etape du cycle de purge, la vanne 301 est ouverte pour remplir la partie inferieure 201 du verin en eau jusqu'a ce que la tete de piston 204 se trouve au niveau du detecteur magnetique 208. Lorsque le detecteur magnetique 208 detecte la tete de piston 204, la deuxieme etape consistent a fermer la vanne 301 est executee. Dans une troisieme etape du cycle d'injection, la vanne 111 est ouverte ahm de mettre la partie superieure du verin sous pression. Cette etape est executee pendant un temps donne fixe par une temporisation. A ['issue de cette etape9 une quatrieme etape est executee pendant laquelle la vanne de purge 302 est ouverte. Le piston 203, 204, actionne par l'air sous pression present dans la partie superieure 205, va alors descendre provoquant ['injection d'eau a travers la vanne 302. Cette etape s'interrompt lorsque le detecteur magnetique 207 detecte la presence de la tete du piston 203. Apres un temps donne fixe par une temporisation, les vannes 302 et 111 vent fermees. La temperature de l'eau peut etre comprise entre 10 C et 90 C suivant les contraintes techniques imposees par la bouteille que l'on desire produire. Il faut notamment que la pression soit assez importante pour deformer la preforme et les basses temperatures imposent des pressions plus importantes. Toutefois, lorsque les contraintes techniques le permettent, la temperature du liquide sera avantageusementde 15 C. Avantageusement' afin que le col 11 de la preforme 10 ne risque pas d'etre deforme pendant le cycle d'expansion, ce dernier est isole du liquide par une piece etanche et/ou refroidi. Les contenants obtenus grace a ce procede ont des caracteristiques bien meilleures que ceux obtenus avec un procede d'expansion de type classique a soufflage par fluide gazeux. Notamment, ils ont une duree de vie superieure pour un poids et un type de matiere donnes. Le taux de cristallinite, c'est a dire la masse de phase cristalline par rapport a la masse totale de polymere, d'un contenant obtenu avec un procede selon ['invention peut notamment etre beaucoup plus important. L'utilisation de vitesses d' expansion rapides permet d'obtenir un taux d'etirage assez eleve et une cristallisation induite qui l'est egalement. Par exemple, dans le cas d'essais realises avec de l'eau a des temperatures d'eau allant de 85 C a 95 C et sous des pressions allant de 2 bars a 3 bars (2. 105 Pa a 3.105 Pa) dans le cas de contenants en PET, les contenants obtenus par le procede selon ['invention avaient des niveaux de cristallinite pouvant aller jusquta 50%. On a integre pour obtenir ce faux, toutes les phases non amorphes, c'est a dire la phase cristalline et la mesophase. Bien entendu, ['invention n'est pas limitee au mode de realisation decrit et represente au dessin annexe. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers elements ou par substitution - 10 d'equivalents techniques, saris sortir pour Mutant du Romaine de protection de ['invention. REVENDICATIONS 1. Procede de fabrication d'un contenant en resine polyester a partir d'une preforme (10) se presentant sensiblement sous forme d'un tube cylindrique comportant une ouverture (10'), preferentiellement au niveau d'un col (11), ledit procede comprenant une etape de chauffage de ladite preforme (10) a une temperature superieure a la temperature de transition vitreuse audit polyester et une etape d'expansion effectuee a l'interieur d'une cavite (101), caracterise en ce que, lors de ladite etape d'expansion, un fluide incompressible est injecte a travers l'ouverture (10') de ladite preforme (10) pour former ledit contenant. 2. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que ledit fluide incompressible est un liquide injecte sous pression avec une vitesse et une pression controlees. 3. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caracterise en ce que le liquide injecte correspond au liquide destine a etre contenu dans le contenant. 4. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracterise en ce que ledit contenant a former etant une bouteille en PET, ladite preforme (10) est chauffee a une temperature superieure a la temperature de transition vitreuse audit PET, typiquement aux environs de 75 C a 85 C, lors de ladite etape de chauffage et la temperature audit fluide incompressible est comprise entre 10 C et 90 C lors de ladite etape d' expansion. 5. Procede selon la revendication 4, caracterise en ce que ladite temperature du fluide incompressible est d'environ 15 C. 6. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce que le temps d'injection du fluide incompressible est 12 nettement inferieur a la seconde, de preference compris entre 0,02 s et 0,5 s et plus preferentiellement entre 0,1 s et 0,2 s. 7. Dispositif (1) pour mettre en ccuvre le procede selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comprend essentiellement un moyen d'injection de liquide adapte a etre raccorde a une buse (102) d'une installation de soufflage-etirage de type classique a expansion par fluide gazeux. 8. Dispositif (1) selon la revendication 7, caracterise en ce qutun moyen de commande (203, 204) audit moyen d'injection de liquide est actionne par du gaz sous pression delivre par une ligne d'alimentation en fluide gazeux (110) de ladite installation de soufflage-etirage de type classique. 9. Dispositif (1) selon la revendication 7 ou 8, caracterise en ce que ledit moyen d'injection de liquide est egalement raccorde a une arrivee (300) d'une ligne d'alimentation en liquide, preferentiellement en liquide de remplissage des contenants a former. 10. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 7 a 9, caracterise en ce que le moyen d'injection consiste en un ensemble cylindre/piston, dans lequel le piston (203, 204) formant moyen de commande a deplacements alternatifs delimite dans ledit cylindre, d'une part, une chambre de commande (200') reliee a une ligne d'alimentation (110) en air sous pression et, d'autre part, une chambre dtinjection de liquide (200") reliee a une arrivee (300) d'une ligne d'alimentation en liquide et