Brevet FR2904810A1 — publié le 20080215

FOND DE CORPS CREUX OBTENU PAR SOUFFLAGE OU ETIRAGE SOUFFLAGE D'UNE PREFORME EN MATERIAU THERMOPLASTIQUE CORPS CREUX COMPRENENT UN TEL FOND L'invention se rapporte au domaine technique des corps creux en matériau thermoplastique, notamment récipients tels que pots ou bouteilles. L'invention concerne plus particulièrement les corps creux obtenus par soufflage ou étirage puis soufflage d'une préforme injectée en matière thermoplastique (injection-soufflage). Depuis quelques années, la fabrication de récipients en matière plastique à partir de préformes préalablement injectées a connu un essor considérable, notamment grâce à l'emploi du polyéthylène téréphtalate (PET). Entre-temps, d'autres matériaux ont été envisagés et/ou utilisés avec plus ou moins de succès tels, à titre d'exemples non limitatifs, le polyéthylène naphtalate (PEN), le polypropylène (PP), le polyacrylonitrile (PAN) ou des mélanges ou superpositions de divers matériaux. Il subsiste, au centre du fond du corps creux, une zone à très faible cristallinité dite pastille résultant d'une partie de la préforme qui n'est que très faiblement étirée lors du soufflage ou de l'étirage soufflage. L'axe longitudinal de la préforme correspond en effet à celui du récipient final. Il en résulte que lors du soufflage ou de l'étirage soufflage, l'étirage du PET est quasiment nul au centre du fond du récipient, et s'accroît au fur et à mesure que l'on se rapproche de la paroi latérale du récipient. Quel que soit leur procédé de fabrication, les récipients en matière thermoplastique doivent présenter une bonne résistance de leur fond. Le PET bi orienté présente une bonne résistance mécanique et thermique. Mais, ainsi qu'il a été dit plus haut, le fond des récipients est beaucoup moins étiré que le corps des récipients, de sorte que ce fond présente des résistances mécaniques et thermiques inférieures à celles du corps. Le même problème existe pour le col. Le traitement thermique des cols permet d'augmenter leur cristallinité. Mais le traitement thermique des cols (en PET amorphe) conduit à une cristallisation isotherme formant des 2904810 2 sphérolites, le PET thermo durci obtenu n'étant donc plus du tout translucide. S'il est acceptable que les cols de bouteilles, relativement épais, ne soient pas translucides, un fond de bouteille peu translucide nuirait à la présentation du produit conditionné. 5 Le fond du récipient doit résister aux chocs, par exemple lorsque le récipient plein chute. Le fond de récipient doit résister à la pression interne, en particulier lorsque le récipient contient une boisson carbonatée. Une surpression interne peut résulter d'une augmentation de la température de stockage des bouteilles 10 pleines et/ou du retrait de la matière plastique de ces bouteilles, ce retrait se produisant en général au cours des deux ou trois semaines suivant leur fabrication et leur remplissage. Les bouteilles sont transportées en charges palettisées et gerbées. De sorte que, sauf mises en place d'intercalaires, les fonds des bouteilles des 15 couches supérieures reposent sur les bouchons des bouteilles inférieures et sont soumis à des contraintes d'enfoncement et de poinçonnement. Toute déformation du fond du récipient affecte l'esthétique du produit et la stabilité du récipient stocké debout. Le fond de récipient doit résister au fluage. 20 Le récipient dans son ensemble, et en particulier son fond, doit résister aux conditions thermiques relativement sévères rencontrées lors d'un remplissage à chaud ou d'une pasteurisation. Lors d'un remplissage à chaud avec un liquide à une température au plus égale à 94 C, le fond doit présenter une relative aptitude à la déformation. 25 Il en va de même lors du refroidissement ultérieur, le fond devant résister à la dépression (vacuum compensation). La pasteurisation est mise en oeuvre pour certains liquides plats (jus de fruits non carbonatés) ou gazeux (bière). Lors d'une pasteurisation, le liquide contenu dans le récipient fermé peut être porté par exemple à une température 30 comprise entre 60 et 80 C environ pendant 20 minutes à 2 heures, la température étant fonction de la teneur en CO2. Lorsque le liquide à pasteuriser contient du gaz dissous sous pression (boisson carbonatée, bière), le matériau du fond du récipient doit non seulement supporter l'augmentation de volume du 2904810 3 liquide chaud, mais aussi l'accroissement de la pression du gaz chaud. Lors du refroidissement, le liquide pasteurisé réduit de volume, le fond du récipient devant également résister à cette contrainte. Il s'est avéré que certains récipients présentent un fond sujet à un 5 affaissement lors du remplissage à chaud. Cet affaissement du fond, vers l'extérieur, notamment dans la zone de raccordement entre la paroi latérale du récipient et le fond, ne se produit pas de manière régulière sur le pourtour du récipient. De sorte que le récipient devient instable. Cet affaissement peut provenir d'une libération des contraintes induites lors du soufflage final de 10 l'ébauche rétrécie chaude. Toute déformation du fond du récipient affecte l'esthétique du produit et la stabilité du récipient stocké debout. Le fond des récipients doit parfois résister à des agents de nettoyage, dans le cas de récipients réutilisables. 15 On connaît également des récipients avec un fond épais. Il a été proposé en particulier de réaliser des fonds incurvés avec une convexité tournée vers l'intérieur dits fonds champagne , l'épaisseur de la zone convexe étant plus importante que celle de la paroi latérale du récipient, par exemple quatre fois plus importante. Les fonds dits champagne offrent 20 l'avantage de permettre une zone d'appui annulaire continue pour la bouteille stockée debout, dont une assise remarquablement stable. Cette solution n'est pas satisfaisante, le coût de la matière formant le récipient étant une part prépondérante du prix de revient. Entre 1979 et 1992, le poids d'une bouteille en PET d'une contenance de 2 litres est passé de 65 g à 52 g et il existe une 25 demande constante de bouteilles à la fois légères et résistantes. De plus, le fond champagne peut perdre sa forme sous l'action de la température. Des craquelures peuvent apparaître entre des zones d'épaisseurs différentes, des moyens spécifiques devant être prévus dans les moules pour refroidir plus rapidement les zones épaisses. 30 Il a été proposé de réaliser les récipients avec des fonds pétaloïdes. La paroi de fond est alors de forme générale convexe vers l'extérieur et comporte des pieds, typiquement quatre à six pieds formés par des excroissances régulièrement réparties sur le fond, et séparés deux à deux par 2904810 4 une portion de la paroi de fond convexe. Ces fonds pétaloïdes sont largement employés pour les récipients contenant des boissons carbonatées. Les creux radiaux séparant les pieds absorbent les efforts dus à la mise sous pression lors du remplissage et maintiennent les portées d'appui des pieds dans un plan 5 sensiblement perpendiculaire à l'axe du récipient. Cette solution n'est pas toujours satisfaisante. Sous l'effet d'une pression interne, les fonds pétaloïdes peuvent éclater. Les fonds pétaloïdes ne peuvent pas toujours encaisser la surpression due à l'augmentation de volume du contenu de la bouteille, lors d'une pasteurisation. 10 Il a été aussi proposé de réaliser des bouteilles à fond rainuré, le cas échéant de type champagne nervuré. Le document FR 2 717 443 décrit une bouteille dans laquelle les nervures partent de la périphérie du fond et aboutissent à la limite extérieure d'une zone annulaire sensiblement plane entourant une partie centrale concave amorphe. Le document FR 2 753 435 de 15 la demanderesse décrit un récipient dont le fond comprend une partie centrale non étirée et une partie périphérique reliant la partie centrale à la paroi latérale du récipient, ce fond étant pourvu de nervures s'étendant de la paroi latérale jusqu'à la limite extrême théorique de la partie centrale non étirée. Cette limite extrême théorique tient compte des légères fluctuations de la forme et des 20 dimensions de la partie centrale du fond (pastille), d'une bouteille à l'autre d'une même série. Aucune nervure ne s'achève dans la partie amorphe. Il s'avère que si les fonds de l'art antérieur résolvent certains seulement des problèmes posés, aucun n'est capable, après une chute et une déformation subséquente, de recouvrer sa forme initiale, qu'il soit rempli ou 25 non. L'invention vise à fournir une nouvelle structure de fond de bouteille dont l'ensemble des caractéristiques individuelles permette d'obtenir une résistance supérieure à celle de la plupart des fonds actuellement connus, et lui permette de recouvrer "naturellement" sa forme après une contrainte (chute ou 30 autre) ayant provoqué sa déformation. A épaisseur de paroi identique, un fond selon l'invention sera plus résistant que la plupart des fonds de bouteille connus antérieurement. 2904810 5 A résistance souhaitée, un fond selon l'invention pourra être réalisé avec une épaisseur de matière moindre que la plupart des fonds connus antérieurement. L'invention vise également à fournir une bouteille présentant une 5 bonne résistance au remplissage à chaud et une bonne résistance à la pasteurisation. L'invention se rapporte, selon premier aspect, à un fond de corps creux obtenu par soufflage ou étirage soufflage d'une préforme en matériau thermoplastique, ce fond comprenant une surface d'appui transversal, et de 10 part et d'autre de cette surface d'appui transversal : un bord externe transversal ; une paroi interne concave avec une partie centrale transversale contenant une pastille de matériau à faible cristallinité, cette pastille correspondant au point d'injection de la préforme ; 15 ce fond de corps creux comprenant une zone périphérique autour de la surface d'appui transversale pourvue d'encoches dont la partie extrême distale vient au voisinage mais n'atteint pas le bord externe du fond, la partie extrême proximale des encoches venant à proximité de la surface d'appui transversal. Dans diverses réalisations, le fond présente les caractères suivants, 20 le cas échéant combinés : la partie extrême proximale des encoches vient en tangence de la surface d'appui transversal ; - la partie extrême proximale des encoches ne débouche pas dans la surface d'appui transversal ; 25 les encoches comprennent une paroi de fond et deux ailes latérales et présentent un plan de symétrie ; la largeur des encoches est comprise entre 2 et 20 millimètres environ ; la profondeur de ces encoches est comprise entre 1 et 5 millimètres environ ; 30 la pastille de matériau à faible cristallinité est en saillie en face externe dans la partie centrale transversale ; 2904810 0 - le bord externe est placé à une hauteur h6 par rapport à la surface d'appui transversale, la partie centrale transversale étant placée à une hauteur h11 par rapport à la surface d'appui transversale. Dans une réalisation avantageuse, le fond se présente sous la forme 5 d'un corps de révolution autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à sa surface d'appui transversale. Dans une réalisation particulière, le fond de corps creux présente, en coupe radiale verticale, entre le bord externe et la surface d'appui transversale, un profil qui est : 10 au voisinage du bord externe, sensiblement tangent à une direction perpendiculaire à la surface d'appui transversale, au voisinage de la surface d'appui transversale, sensiblement tangent à cette surface d'appui transversale. Avantageusement, le fond présente, en coupe radiale verticale, entre 15 le bord externe et la surface d'appui transversale, un profil sensiblement parabolique. Avantageusement, le fond présente une surface d'appui transversale de forme annulaire continue, aucune rainure ou encoche ne débouchant dans cette surface d'assise. 20 Dans une réalisation, partant de la surface annulaire d'assise et se dirigeant vers l'axe de révolution, le fond présente tout d'abord une marche annulaire, puis un profil concave reliant cette marche à la partie centrale transversale. Dans une réalisation ce fond comprend des nervures de renfort 25 ayant un bord extérieur venant à proximité de la surface d'appui transversale, ces nervures de renfort ayant un bord intérieur venant à proximité de la partie centrale transversale, mais sans atteindre cette partie centrale transversale ; les nervures de renfort n'atteignent pas la surface d'appui transversale. L'invention se rapporte, selon un deuxième aspect, aux corps creux 30 en matériau thermoplastique, notamment polyester tel que PET, obtenus par soufflage ou étirage soufflage d'une préforme, ces corps creux comprenant une paroi latérale et un fond raccordé à cette paroi latérale, ledit fond étant tel que présenté ci-dessus. 2904810 D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, cette description étant effectuée à la lumière des dessins annexés, dans lesquels : 5 - la figure 1 est une vue de dessous d'un fond de corps creux tel que par exemple une bouteille, selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue latérale du fond représenté en figure 1 la figure 3 est une vue en perspective du fond représenté en figures 1 et 2. 10 Le fond 3 se présente sous la forme d'un corps de révolution autour d'un axe 4 sensiblement perpendiculaire à sa surface 5 d'appui transversale, qui est pourvu essentiellement d'encoches 2 (dix encoches dans l'exemple) à proximité de son bord externe 6, et peut être complété en son centre par une structure avec des nervures 1 radiales. 15 Pour cette raison , le fond 3 va être décrit en partant de son bord externe 6 et en allant radialement vers l'axe 4 de révolution. Le bord externe 6 est transversal et correspond sensiblement à la jonction entre le fond 3 et la paroi latérale du récipient (non représentée). Ce bord externe 6 est placé à une hauteur h6 par rapport à la surface 5 d'appui 20 transversale du fond 3 (et de la bouteille comprenant ce fond 3, lorsque cette bouteille est stockée debout). Entre le bord externe 6 et la surface 5 d'appui transversal, le fond 3 présente en coupe radiale verticale un profil 7 sensiblement parabolique. Au voisinage du bord externe 6, ce profil 7 est sensiblement tangent à une 25 direction 8 perpendiculaire à la surface 5 d'appui transversale. Au voisinage de la surface 5 d'appui transversale, ce profil 7 est sensiblement tangent à cette surface 5 d'appui transversale. Le profil 7 assure ainsi une solution de continuité, sans rupture de courbure, entre la paroi latérale du récipient (non représentée) et la surface 5 d'appui transversale. 30 Le fond 3 présente une surface 5 d'appui transversale de forme annulaire et continue. Partant de cette surface 5 annulaire et se dirigeant vers l'axe 4 de révolution, le fond 3 présente une marche annulaire 9 de largeur (mesurée radialement) sensiblement égale à la largeur de la surface 5 2904810 8 annulaire d'appui transversale. Cette marche annulaire 9 permet la déformation du fond 3 à la manière d'un soufflet, sous l'effet d'une surpression ou d'un vide dans le corps creux pourvu d'un tel fond. Partant de cette marche annulaire 9 et allant vers l'axe 4 de 5 révolution, le fond 3 présente ensuite, en coupe radiale verticale, un profil 10 sensiblement parabolique puis une partie centrale transversale 11. La partie centrale transversale 11 est placée à une hauteur h11 par rapport à la surface 5 d'appui transversale, cette hauteur h11 étant quelconque par rapport à celle h6 du bord externe 6. 10 Une pastille 12 axiale est en saillie dans la partie centrale transversale 11, cette pastille 12 axiale saillant vers le bas, c'est-à-dire l'extérieur du récipient pourvu du fond 3. Les encoches 2, qui constituent l'âme de la présente invention, vont maintenant être décrites. 15 Ces encoches 2 s'étendent radialement. Elles comprennent une paroi 20 de fond et deux ailes latérales 21, 22. Chaque encoche présente un plan de symétrie vertical radial. La partie extrême distale 23 de ces encoches vient au voisinage mais n'atteint pas le bord extrême 6 du fond 3. Ces encoches ont ainsi une sortie proche de la verticale mais à distance du plan de 20 joint. De préférence, la partie extrême proximale 24 des encoches vient à proximité de l'assise mais ne débouche pas dans cette assise. La largeur des encoches est typiquement comprise entre 2 et 20 millimètres. La profondeur de ces encoches varie suivant la capacité de la bouteille, et vaut typiquement 1,5 millimètres pour une bouteille de 0,5 litres (3 à 4 millimètres pour une bouteille 25 de 1,5 litres). Dans une variante, la partie extrême proximale 24 des encoches vient en tangence de l'assise sans déboucher dans cette assise. Il est en outre envisageable que la partie extrême proximale 24 des encoches débouche dans l'assise. 30 Les nervures 1 de 'renfort qui, dans certaines mises en oeuvre peuvent compléter les encoches vont maintenant être décrites. 2904810 Ces nervures 1 de renfort ont un bord extérieur 13 venant à proximité de la marche annulaire 9 du fond 3, mais sans atteindre cette marche annulaire 9. Dans l'exemple illustré, ces nervures 1 ont un bord intérieur 14 5 venant à proximité de la partie centrale transversale 11, mais sans atteindre cette partie centrale transversale 11. Il est toutefois envisageable que le bord intérieur 14 des nervures 1 atteigne, voire débouche dans cette partie centrale transversale 11. Chaque nervure 1 comprend une paroi 15 de fond et une aile 16, 17 10 de part et d'autre de la paroi 15 de fond. La paroi 15 de fond est de largeur décroissante depuis le bord extérieur 13 jusqu'au bord intérieur 14 de la nervure. Ainsi qu'il apparaît sur les figures, la paroi 15 de fond d'une nervure n'a pas une courbure constante sur toute la longueur radiale de cette nervure. Au voisinage de leur bord extérieur 13, les nervures 1 forment un angle plus 15 aigu avec la verticale qu'au voisinage de leur bord intérieur 14. Chaque nervure 1 présente un plan de symétrie 18 vertical radial. Les nervures 1 viennent s'adosser à une cheminée centrale 19 au centre de laquelle saille, vers le bas, la pastille 12, cette cheminée centrale 19 étant limitée vers le haut par la partie centrale transversale 11. 20 L'ensemble des caractéristiques individuelles du fond de bouteille permet d'obtenir une résistance supérieure à celle de la plupart des fonds actuellement connus. A épaisseur de paroi identique, un fond selon l'invention sera plus résistant que la plupart des fonds de bouteille connus antérieurement. A résistance souhaitée, un fond selon l'invention pourra être réalisé avec une 25 épaisseur de matière moindre que la plupart des fonds connus antérieurement. Une bouteille comprenant un fond selon l'invention présente une bonne résistance au remplissage à chaud et une bonne résistance à la pasteurisation. La cheminée centrale 19 est particulièrement bien renforcée vis-à-vis du fluage ou de l'affaissement par la présence des nervures 1 de renfort. 30 Une bouteille comprenant un fond selon l'invention présente également une bonne résistance aux chocs sur la partie inférieure de la paroi latérale. La présence des encoches permet de réduire les risques de déformation plastique de la bouteille, dans la zone de raccordement entre la 2904810 10 paroi latérale d'un récipient et son assise. Le fond absorbe parfaitement les chocs et est capable de recouvrer "naturellement" sa forme initiale après déformation. La forme du fond de bouteille permet une réduction du poids de 5 matière et ceci sans fragiliser l'assise ni réduire la surface d'assise par rapport aux fonds de bouteille conventionnels, tout en conservant une bonne résistance au remplissage à chaud (effets de vide lors du refroidissement) et aux chocs. A titre indicatif, une bouteille pour remplissage à chaud conventionnelle de 32g pourra être réalisée avec 26 g de PET uniquement, en employant un fond selon 10 l'invention. Dans le mode de réalisation représenté, les nervures 1 de renfort sont au nombre de cinq et sensiblement identiques et équidistantes. Dans d'autres modes de réalisation, les nervures de renfort sont plus ou moins nombreuses, pour tenir compte notamment du diamètre du fond. Les nervures 15 de renfort peuvent être de dimensions différentes, une première série peut présenter une paroi de fond plus étroite que la paroi de fond d'une deuxième série de nervures. Dans le mode de réalisation représenté, les encoches sont au nombre de dix et sensiblement identiques et équidistantes. Dans d'autres 20 modes de réalisation, non représentés, les nervures s'étendant suivant des rayons disposés à mi distances des emplacements d'encoches contiguës. Par cette disposition, les nervures et encoches coopèrent au mieux au renfort du fond de corps creux. REVENDICATIONS 1. Fond (3) de corps creux obtenu par soufflage ou étirage soufflage d'une préforme en matériau thermoplastique, ce fond (3) comprenant une surface (5) d'appui transversal, et de part et d'autre de cette surface (5) d'appui transversal: - un bord externe (6) transversal - une paroi interne concave avec une partie centrale transversale (11) contenant une pastille (12) de matériau à faible cristallinité, cette pastille 10 (12) correspondant au point d'injection de la préforme ; caractérisé en ce qu'il comprend une zone périphérique autour de la surface d'appui transversale pourvue d'encoches (2) dont la partie extrême distale (23) vient au voisinage mais n'atteint pas le bord externe (6) du fond (3), la partie extrême proximale (24) des encoches venant à proximité de la surface (5) 15 d'appui transversal . 2. Fond de corps creux selon la revendication 1, caractérisé en ce que les encoches (2) comprennent une paroi (20) de fond et deux ailes latérales (21, 22) et présentent un plan de symétrie. 3. Fond de corps creux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie extrême proximale (24) des encoches (2) vient en tangence de la surface (5) d'appui transversal . 25 4. Fond de corps creux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie extrême proximale (24) des encoches ne débouche pas dans la surface (5) d'appui transversal. 5. Fond de corps creux selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 30 que la largeur des encoches est comprise entre 2 et 20 millimètres environ. 6. Fond de corps creux selon la revendication 5, caractérisé en ce que la profondeur de ces encoches est comprise entre 1 et 5 millimètres environ. 20 2904810 12 7. Fond de corps creux selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pastille (12) de matériau à faible cristallinité est en saillie en face externe dans la partie centrale transversale (11). 8. Fond de corps creux selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le bord externe (6) est placé à une hauteur h6 par rapport à la surface d'appui transversale (5), la partie centrale transversale (11) étant placée à une hauteur h11 par rapport à la surface (5) d'appui transversale. 9. Fond de corps creux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un corps de révolution autour d'un axe (4) sensiblement perpendiculaire à sa surface (5) d'appui transversale. 15 10. Fond de corps creux selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il présente, en coupe radiale verticale, entre le bord externe (6) et la surface (5) d'appui transversale, un profil qui est : - au voisinage du bord externe (6), sensiblement tangent à une direction 20 (8) perpendiculaire à la surface (5) d'appui transversale, - au voisinage de la surface (5) d'appui transversale, sensiblement tangent à cette surface d'appui transversale. 13. Fond de corps creux selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il 25 présente, en coupe radiale verticale, entre le bord externe (6) et la surface (5) d'appui transversale, un profil (7) sensiblement parabolique. 14. Fond de corps creux selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il présente une surface (5) d'appui transversale de forme annulaire continue. 15. Fond de corps creux selon la revendication 10, caractérisé en ce que partant de cette surface (5) d'appui transversale et se dirigeant vers l'axe (4) de révolution, le fond (2) présente tout d'abord une marche annulaire (9), puis un 5 30 2904810 13 profil (10) parabolique reliant cette marche annulaire (9) à la partie centrale transversale (11). 14. Fond de corps creux selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en 5 ce que qu'il comprend des nervures (1) de renfort ayant un bord extérieur (13) venant à proximité de la surface d'appui transversale (5), ces nervures (1) de renfort ayant un bord intérieur (14) venant à proximité de la partie centrale transversale (11), mais sans atteindre cette partie centrale transversale (11). 10 15. Fond de corps creux selon la revendication 1, caractérisé en ce que les nervures (1) de renfort n'atteignent pas la surface d'appui transversale (5). 16. Corps creux en matériau thermoplastique, notamment polyester tel que PET, obtenu par soufflage ou étirage soufflage d'une préforme, ce corps creux comprenant une paroi latérale et un fond raccordé à cette paroi latérale, caractérisé en ce que ledit fond est tel que présenté dans l'une quelconque des revendications précédentes.20