Brevet FR2921293A1 — publié le 20090327

Procédé de fabrication de récipients comprenant une opération de dépressurisation intermédiaire L'invention a trait à la fabrication des récipients par soufflage ou étirage soufflage, à partir d'ébauches en matière plastique tel que PET. Pour fabriquer un récipient suivant la technique du soufflage, on commence par chauffer une ébauche (qu'il s'agisse d'une préforme ou d'un récipient intermédiaire ayant subi une première opération de soufflage à partir d'une préforme) à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la matière constitutive de l'ébauche. On introduit ensuite l'ébauche dans un moule, puis on effectue le soufflage de l'ébauche en y injectant un gaz (généralement de l'air) sous haute pression (supérieure à 20 bars, et généralement supérieure à 34 bars). La technique de l'étirage soufflage consiste, outre le soufflage, à étirer l'ébauche au moyen d'une tige coulissante, afin notamment de minimiser le désaxement du récipient et d'uniformiser autant que possible la répartition de la matière. Pour obtenir des récipients résistant à la chaleur lors d'un remplissage à chaud (ces récipients sont dits HR, acronyme de l'anglais Heat Resistant), il peut en outre être prévu de chauffer la paroi du moule, le récipient étant temporairement maintenu, en fin de soufflage, en contact avec la paroi ainsi chauffée, ce qui accroît de manière thermique sa cristallinité. Une fois le soufflage terminé, le récipient subit une opération de dégazage consistant à le dépressuriser en le mettant à l'air libre. Afin de mieux refroidir le récipient du côté de sa paroi interne de sorte à le rigidifier plus rapidement, on prévoit généralement, avant l'opération de dégazage, une opération de balayage consistant à introduire dans le récipient un gaz sous une pression inférieure à la pression de soufflage, tout en mettant le récipient à l'air libre de sorte à créer un mouvement de circulation du gaz (sous une pression de l'ordre de 15 bars), favorable à une diminution plus rapide de la température. Cette technique de fabrication éprouvée (illustrée sur le chronogramme de la figure 3 et en pointillés sur les courbes des figures 5 et 7), largement répandue notamment dans le domaine l'embouteillage, est parvenue à maturité. Les inventeurs ont toutefois souhaité la perfectionner. À cet effet, il est proposé un procédé de fabrication d'un récipient par soufflage dans un moule à partir d'une ébauche en matière plastique, qui comprend : - une opération d'introduction de l'ébauche dans le moule ; - une opération de soufflage consistant à pressuriser l'ébauche en y introduisant un gaz sous une pression dite de soufflage ; - une opération de balayage, postérieure à l'opération de soufflage, consistant à pressuriser partiellement le récipient en y introduisant un gaz sous une pression dite de balayage, inférieure à la pression de soufflage ; - une opération de dépressurisation au moins partielle du récipient, postérieure à l'opération de soufflage et initiée antérieurement à l'opération de balayage. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique montrant une machine de fabrication de récipients ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe montrant partiellement une unité de moulage au sein de la machine de la figure 1 ; - la figure 3 est un chronogramme illustrant la séquence des opérations effectuées pour la fabrication d'un récipient suivant un procédé classique, - la figure 4 est un chronogramme illustrant une séquence d'opérations effectuées pour la fabrication d'un récipient selon un procédé conforme à l'invention, suivant un premier mode de réalisation, - la figure 5 est un diagramme sur lequel sont tracées deux courbes illustrant les variations de la pression régnant dans une ébauche au cours de la fabrication d'un récipient : en trait continu, selon un procédé conforme à l'invention, tel qu'illustré sur la figure 4, et en pointillés selon un procédé classique. - la figure 6 est un chronogramme illustrant une séquence d'opérations effectuées pour la fabrication d'un récipient selon un procédé conforme à l'invention, suivant un deuxième mode de réalisation, - la figure 7 est un diagramme sur lequel sont tracées deux courbes illustrant les variations de la pression régnant dans une ébauche au cours de la fabrication d'un récipient : en trait continu, selon un procédé conforme à l'invention, tel qu'illustré sur la figure 6, et en pointillés selon un procédé classique. Sur la figure 1 est représentée une machine 1 pour la fabrication de récipients 2 à partir d'ébauches 3 en matière plastique tel que PET (polyéthylène téréphtalate). Suivant un mode préféré de réalisation, les ébauches 3 sont des préformes à partir desquelles les récipients 2 finaux sont directement obtenus, sans passage par un récipient intermédiaire. Chaque préforme 3 comprend un col 4 (qui ne subit pas de déformation au cours de la formation du récipient 2), et un corps 5 cylindrique terminé par un fond 6 en forme de calotte hémisphérique. Cette machine 1 comprend un four 7 de type tunnel, dans lequel les préformes 3 sont chauffées au défilé à une température supérieure à la température de transition vitreuse de leur matière constitutive. Dans le cas du PET, dont la température de transition vitreuse est voisine de 70°C, la température de chauffe est de préférence comprise entre 100°C et 140°C. La machine 1 comprend en outre une pluralité d'unités 8 de moulage montées sur un carrousel 9 tournant disposé en sortie du four 7 avec interposition d'une roue 10 de transfert assurant la synchronisation des opérations de chauffe et de moulage des préformes 3. Chaque unité 8 de moulage comporte un moule 11, réalisé en acier ou en alliage d'aluminium, comprenant deux demi-moules 12, 13 et un fond de moule 14 qui définissent ensemble une cavité 15 interne, destinée à recevoir une préforme 3 en provenance du four 7. Chaque unité 8 de moulage comprend en outre : - une tige 16 d'élongation montée coulissante par rapport au moule 11 le long d'un axe X principal (généralement de révolution) de celui-ci, entre une position haute (figure 2) permettant l'introduction de la préforme 3 et une position basse où, à la fin de l'étirage de la préforme 3, la tige 16 atteint le fond de moule 14 en y plaquant le fond 6 de celle-ci, - un boîtier 17 définissant une tuyère 18 dans laquelle coulisse la tige 16 et qui, lors de la fabrication du récipient 2, coopère avec le col 4 de la préforme 3. L'unité 8 de moulage comprend en outre plusieurs circuits fluidiques débouchant dans la tuyère 18 via le boîtier 17, à savoir : - un circuit 19 d'air de présoufflage à moyenne pression (comprise entre 5 et 16 bars), ce circuit 19 comprenant une source 20 d'air de présoufflage et un conduit 21 (qui peut être formé au moins partiellement: dans le boîtier 17) reliant cette source 20 à la tuyère 18 avec interposition d'une première électrovanne 22, dite électrovanne de présoufflage, - un circuit 23 d'air de soufflage à haute pression (comprise entre 34 et 39 bars), comprenant une source 24 d'air de soufflage et un conduit 25 (qui peut être formé au moins partiellement dans le boîtier 17) reliant cette source 24 à la tuyère 18 avec interposition d'une deuxième électrovanne 26, dite électrovanne de soufflage, - un circuit 27 de balayage comprenant une source 28 d'air de balayage à pression moyenne-supérieure (comprise entre 15 bars et 20 bars) et un conduit 29 (qui peut être formé au moins partiellement dans le boîtier 17) reliant cette source 28 à la tuyère 18 avec interposition d'une troisième électrovanne 30, dite électrovanne de balayage, - un circuit 31 de dégazage comprenant une bouche 32 de mise à l'air libre et un conduit 33 reliant la tuyère 18 à cette bouche 32 avec interposition d'une quatrième électrovanne 34, dite électrovanne de dégazage ; - un circuit 35 de récupération d'air comprenant un conduit 36 reliant la tuyère 18 au circuit 19 de présoufflage (plus précisément à la source 20 d'air de présoufflage) avec interposition d'une cinquième électrovanne 37, dite électrovanne de récupération, et d'un détendeur 38. En variante, le circuit 35 de récupération d'air pourrait raccorder la tuyère 18 à un circuit d'air comprimé employé pour d'autres applications, telle que l'alimentation en air comprimé de vérins de commande (notamment les vérins de commande des tiges 16 d'élongation de la machine 1). Les électrovannes 22, 26, 30, 34, 37 et le détendeur 38 sont raccordés électriquement à une unité 39 de contrôle qui en commande l'ouverture et la fermeture (en tenant dûment compte de leurs temps de réponse, comme nous le verrons ci-après). On décrit à présent le procédé de fabrication d'un récipient 2 à partir d'une préforme 3, en référence aux figures 4 à 7. Sur les figures 4 et 6 sont tracés des chronogrammes illustrant différentes étapes du procédé et qui montrent l'état (O : ouvert ; F : fermé) des électrovannes commandant le présoufflage (PRES.), le soufflage (SOUE), le balayage (BALAY.), le dégazage (DEGAZ.), ainsi que, sur la figure 6, la récupération (RECUP.). La préforme 3, montée sur un convoyeur, est tout d'abord introduite dans le four 7 où elle est chauffée au défilé (généralement col 4 en bas). Au sortir du four 7, la préforme 3 est saisie par une pince de la roue 10 de transfert et introduite, après avoir été retournée pour être orientée col 4 en haut, dans un moule 11 préalablement ouvert. Dans cette position, la tuyère 18 et la tige 16 d'élongation sont en position haute. Une fois le moule 11 fermé débute la descente conjointe de la tuyère 18, qui vient coiffer le moule 11 de manière étanche, et de la tige 16 d'élongation dans la cavité 15 de moulage tandis que l'unité 39 de contrôle commande, à un instant t1, l'ouverture de l'électrovanne 22 de présoufflage pour mettre en communication l'intérieur de la préforme 3 avec la source 20 d'air de présoufflage et introduire dans la préforme 3 de l'air à la pression de présoufflage. Après que la tige 16 d'élongation a atteint le fond 14 du moule 11, l'unité 39 de contrôle commande, à un instant t2, la fermeture de l'électrovanne 22 de présoufflage et, simultanément, l'ouverture de l'électrovanne 26 de soufflage (moyennant, éventuellement, un temps d'anticipation du temps de réponse des électrovannes 22 et 26, de sorte qu'à la fermeture de l'une corresponde effectivement à l'ouverture de l'autre), pour mettre en communication l'intérieur de la préforme 3 avec la source 24 d'air de soufflage et pressuriser la préforme 3 en y introduisant de l'air à la pression de soufflage, supérieur à la pression de présoufflage. 6 La pression régnant dans la préforme 3 atteint rapidement la pression de soufflage, cependant que la préforme subit une expansion radiale jusqu'à atteindre la paroi du moule 11, lequel, comme illustré sur la figure 2, est muni d'un circuit 40 de chauffe comprenant des canalisations parcourues d'un fluide (tel que de l'huile ou de l'eau) maintenu à une température élevée (c'est-à-dire supérieure à 90°C environ), comprise entre 90°C et 160°C. Une fois atteinte la paroi du moule 11, la pression dans la préforme reste sensiblement constante (égale à la pression de soufflage), l'électrovanne 26 de soufflage restant ouverte pendant quelques dixièmes de secondes de sorte à maintenir la préforme 3 plaquée contre la paroi du moule 11. Le récipient 2 ainsi formé subit une chauffe sur sa paroi externe (en contact avec la paroi du moule 11), qui augmente sa cristallinité et lui confère une meilleure résistance à la rétractation lors d'un remplissage à chaud (ce type de récipient est appelé HR û heat resistant). Suivant un premier mode de réalisation, illustré sur les figures 4 et 5, l'unité 39 de contrôle commande alors, à un instant t3, la fermeture de l'électrovanne 26 de soufflage, tout en commandant l'ouverture de l'électrovanne 34 de dégazage (moyennant, éventuellement, un délai d'anticipation du temps de réponse de celle-ci), pour mettre l'intérieur du récipient 2 en communication avec la bouche 32 de mise à l'air libre. De la pression de soufflage, la pression régnant dans le récipient 2 retombe alors brusquement jusqu'à atteindre une valeur voisine de la pression de présoufflage (figure 5), et inférieure à la pression de dégazage. Cette dépressurisation partielle du récipient 2 est accompagnée d'une brusque détente de l'air présent dans celui-ci, et d'une diminution concomitante de la température, ce qui assure un refroidissement rapide du côté de la paroi interne du récipient 2. Après une durée prédéterminée, comprise entre 0,01 seconde et 0,30 seconde, et de préférence entre 0,05 seconde et 0,30 seconde, l'unité 39 de contrôle commande, à un instant t4, l'ouverture de l'électrovanne 30 de balayage (l'électrovanne 34 de dégazage maintenue ouverte), pour insuffler dans le récipient de l'air à la pression de balayage et le faire circuler dans celui-ci, ce qui contribue au refroidissement de la paroi interne du récipient 2 tout en maintenant celui-ci, sous une certaine pression, en contact avec la paroi du moule 11 A un instant: t5 prédéterminé, l'unité de contrôle 39 commande la fermeture de l'électrovanne 30 de balayage, l'électrovanne 37 de dégazage étant maintenue ouverte. L'air résiduel est alors entièrement évacué par la bouche 32 de mise à l'air. Dès lors que la pression régnant dans le récipient 2 a atteint la pression atmosphérique, l'unité de contrôle commande enfin la fermeture de l'électrovanne 37 de dégazage. Les opérations suivantes sont, de manière classique, l'extraction du récipient 2 de son moule 11, et le chargement de la préforme 3 suivante. Ainsi, la fabrication du récipient suivant ce premier mode de réalisation peut être résumée par la séquence des opérations successives suivantes : t1-t2 : présoufflage t2-t3 : soufflage t3-t4 : dépressurisation (au moins partielle) t4-t5 : balayage t5-t6 : dégazage Cette séquence a, nous l'avons vu, l'avantage d'accélérer le refroidissement du côté de la paroi interne du récipient 2 grâce à l'opération de dépressurisation qui permet une détente rapide de l'air présent dans le récipient 2 à l'issue du soufflage. Suivant un deuxième mode de réalisation, illustré sur les figures 6 et 7, l'unité de contrôle l'instant t3 la fermeture de l'électrovanne 26 de soufflage, tout en commandant l'ouverture de l'électrovanne 37 de récupération, (moyennant, éventuellement, un délai d'anticipation du temps de réponse de celle-ci), pour mettre l'intérieur du récipient 2 en communication avec le circuit 19 d'air de présoufflage via le détendeur 38, et ainsi dépressuriser au moins partiellement la préforme 3. De la pression de soufflage, la pression régnant dans le récipient 2 retombe alors brusquement jusqu'à atteindre une valeur palier prédéterminée jugée suffisante pour permettre la récupération et le recyclage de l'air comprimé. Après une durée prédéterminée, comprise entre 0,01 seconde et 0,20 seconde, et de préférence entre 0,05 seconde et 0,20 seconde, l'unité 39 de contrôle commande, à un instant t'4, la fermeture de l'électrovanne 37 de récupération et l'ouverture simultanée de l'électrovanne 30i de balayage et de l'électrovanne 37 de dégazage, pour insuffler dans le récipient 2 de l'air à la pression de balayage et le faire circuler dans celui-ci, de sorte à accélérer le refroidissement de la paroi interne du récipient 2. A un instant t'5, l'unité de contrôle 39 commande la fermeture de l'électrovanne 30 de balayage, l'électrovanne 37 de dégazage étant maintenue ouverte. L'air résiduel est alors entièrement évacué par la bouche 32 de mise à l'air. Dès lors que la pression régnant dans le récipient 2 a atteint la pression atmosphérique, l'unité de contrôle commande enfin, à un instant t'6, la fermeture de l'électrovanne 37 de dégazage. Les opérations suivantes sont, de manière classique, l'extraction du récipient 2 de son moule 11, et le chargement de la préforme 3 suivante. Ainsi, la fabrication du récipient suivant ce deuxième mode de réalisation peut être résumée par la séquence des opérations successives suivantes : t,-t2 : présoufflage t2-t3 soufflage t3-t'4 : dépressurisation/récupération t'4-t'5 : balayage t'5-t'6 : dégazage Cette séquence permet de recycler, notamment en tant qu'air de présoufflage, une partie de l'air issu du soufflage, grâce à l'opération de dépressurisation/récupération par laquelle l'air présent dans le récipient 2 à la fin du soufflage est récupéré, via l'électrovanne 37 de récupération, dans le circuit 20 d'air de présoufflage. Il en résulte une réduction de la consommation d'air sous pression, une partie de l'air de présoufflage (et éventuellement de l'air comprimé utilisé dans d'autres applications nécessaires au fonctionnement de la machine 1) provenant du recyclage de l'air sous pression contenu dans le récipient lors de sa fabrication. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un récipient (2) par soufflage dans un moule (11) à partir d'une ébauche (3) en matière plastique, qui 5 comprend : -une opération d'introduction de l'ébauche (3) dans le moule (11) ; - une opération de soufflage consistant à pressuriser l'ébauche (3) en y introduisant un gaz sous une pression dite de soufflage ; - une opération de balayage, postérieure à l'opération de soufflage, 10 consistant à. pressuriser partiellement le récipient (2) en y introduisant un gaz sous une pression dite de balayage, inférieure à la pression de soufflage ; ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération de dépressurisation au moins partielle du récipient, 15 postérieure à l'opération de soufflage et initiée antérieurement à l'opération de balayage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce la dépressurisation est maintenue postérieurement au balayage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 20 dépressurisation est stoppée antérieurement au balayage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la dépressurisation est accompagnée d'une récupération au moins partielle du gaz évacué. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il 25 comprend une opération de présoufflage consistant à pressuriser l'ébauche (3) en y introduisant un gaz sous une pression de présoufflage inférieure à la pression de soufflage, et en ce qu'au moins une partie du gaz récupéré lors de la dépressurisation est récupéré en tant que gaz de présoufflage. 30 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'opération de dépressurisation intermédiaire s'étend sur une durée comprise entre 0,01 seconde et 0,30 seconde. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'opération de dépressurisation intermédiaire s'étend sur une durée comprise entre 35 0,05 seconde et 0,30 seconde. 10 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la pression de soufflage est supérieure ou égale à 20 bars. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la pression de balayage est comprise entre 15 et 20bars. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel, pour la fabrication de récipients (2) résistant à la chaleur, le moule (11) est maintenu à une température élevée. 11. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le moule (11) est maintenu à une température comprise entre 90°C et 160°C. 12. Machine de fabrication de récipients de fabrication de récipients (2) à partir d'ébauches (3) en matière plastique, qui comprend : - un moule (11) surmonté d'une tuyère (18) ; - un circuit (19) d'air de présoufflage comprenant une source (20) d'air de présoufflage et un conduit (21) reliant cette source (20) à la tuyère (18) ; - un circuit (23) d'air de soufflage comprenant une source (24) d'air de soufflage et un conduit (25) reliant cette source (24) à la tuyère (18) ; - un circuit (35) de récupération d'air, comprenant un conduit (36) reliant la tuyère (18) au circuit (23) d'air de soufflage avec interposition d'une vanne (37) et d'un détendeur (38).