Brevet FR2920692A1 — publié le 20090313

PROCEDE DE FORMATION DE RECIPIENTS COMPRENANT UNE ETAPE DE BALAYAGE DU VOLUME INTERNE DU RECIPIENT A DUREE VARIABLE SUR AU MOINS UN TEMPS DE COMPENSATION DONNE 5 La présente invention concerne de manière générale le domaine de la formation de récipients en matériau thermoplastique, tel que par exemple en PET (polyéthylène téréphtalate) par un processus d'étirage-soufflage à partir d'une ébauche, tels que des préformes (à savoir un objet sensiblement tubulaire fermé à une extrémité axiale et 10 dont l'ouverture présente la forme définitive du col du récipient final) ou des récipients intermédiaires obtenus à partir de préformes lors d'une phase préalable de transformation de la matière thermoplastique. L'invention s'applique notamment aux machines d'étirage-soufflage de type rotatif, 15 c'est-à-dire aux machines comportant plusieurs postes de soufflage montés à la périphérie d'un carrousel qui est entraîné de manière continue autour de son axe. Chaque poste de soufflage comporte notamment un moule de soufflage, un dispositif de soufflage (incluant en général une tuyère de soufflage) et un dispositif d'étirage. Selon un mode de réalisation possible, le moule de soufflage est du type portefeuille, 20 c'est-à-dire qu'il comporte deux parties s'ouvrant par écartement en pivotant autour d'un axe commun. De manière courante, afin de former un récipient, on place une ébauche, préalablement chauffée à une température de ramollissement dans un four de 25 conditionnement thermique, dans un moule de soufflage comprenant l'empreinte du récipient à obtenir, une tuyère de soufflage étant mise en communication avec l'ouverture de cette ébauche et un fluide de soufflage injecté sous haute pression plaque la matière de l'ébauche contre les parois de la cavité du moule de soufflage. 30 Afin de faciliter le placage de la matière thermoplastique soufflée contre la surface interne de la cavité de moulage, il est prévu qu'une tige d'étirage vienne étirer l'ébauche dans le moule de soufflage, par appui contre la paroi de fond de l'ébauche. Comme cela est ainsi plus précisément illustré dans le document FR 2 764 544 au nom de la Demanderesse, la tige d'étirage est conventionnellement introduite dans l'ouverture (le col) de l'ébauche à étirer et à souffler. Cette tige coulisse axialement dans l'axe longitudinal de la tuyère de soufflage, un espace annulaire étant laissé libre pour permettre le passage du fluide de soufflage. Il est connu de l'homme du métier que le soufflage n'est pas réalisé in abstracto, mais que les opérations effectuées lors du soufflage ainsi que les paramètres de la machine (tels que la température du moule) dépendent de l'utilisation prévue du récipient. Ainsi, certaines applications nécessitent que le moule soit refroidi : c'est par exemple le cas de la fabrication des récipients destinés à recevoir des eaux plates. Par contre, d'autres applications nécessitent que le moule soit réchauffé : ainsi, le remplissage à chaud (par exemple avec des liquides tels que du thé, jus de fruit pasteurisé, etc.) ou encore la pasteurisation du contenu suppose que l'on chauffe le moule à une température prédéterminée, afin d'effectuer une thermofixation de la matière, les paramètres de réglage de la température du moule dépendant de la température du liquide de remplissage ou des conditions de pasteurisation. La compensation de la température du moule (refroidissement ou réchauffage) s'effectue en faisant circuler un fluide caloporteur (eau ou huile chaude dans le cas du chauffage) dans des canalisations ménagées dans la paroi du moule, autour de la cavité de moulage. Cependant, lors de la mise en route de la machine d'étirage-soufflage, la température des moules, qui est régulée par l'intermédiaire d'un thermorégulateur, est comprise entre 120 et 160°C tandis que celle des ébauches est d'environ 120°C. Du fait de l'inertie importante du thermorégulateur, qui ne mesure pas la température réelle du moule, mais la température de l'huile chauffée circulant à l'intérieur des canaux du moule de soufflage, lors des premiers cycles de soufflage du moule de30 3 soufflage, la mise en contact de la matière soufflée constitutive de l'ébauche tend à refroidir la peau de la cavité de moulage (c'est-à-dire la surface externe de la cavité de moulage correspondant aux premiers millimètres en profondeur de la surface interne de la cavité de moulage), jusqu'à ce que la température de la peau de la cavité de moulage se soit stabilisée après plusieurs cycles de soufflages et donc après plusieurs mises en contact de la matière ramollie soufflée de l'ébauche sur la cavité de soufflage. Ainsi, les premiers récipients soufflés par un moule de soufflage ne le sont pas à une température constante du moule, ce qui aboutit à des récipients présentant des capacités volumiques différentes. En effet, plus le moule est froid, et plus le volume de la bouteille est grand. Il a ainsi pu être constaté des écarts volumiques des récipients formés par un même moule de soufflage variant entre 5 et 10% entre le moment où le moule de soufflage est mis en marche et un temps donné où la température de la peau de la cavité de moulage est stabilisée. Or, du fait de cet écart volumique de récipients, et après son remplissage avec un contenant qui est à volume constant, il est obtenu un volume vide d'oxygène plus ou moins grand à l'intérieur des récipients remplis, d'où des risques d'oxydation plus grands du contenant. Il est en effet souhaité de diminuer au maximum le volume vide d'air contenu dans un récipient, une fois que celui-ci a été rempli avec une quantité constante d'un contenant. De ce fait, il est nécessaire d'obtenir des récipients avec un volume interne le plus précis possible pour ainsi réduire au maximum la quantité d'oxygène susceptible de se trouver dans le récipient, après que celui-ci ait été rempli et bouché. De plus, avec un volume d'oxygène plus grand contenu dans le récipient bouché, le phénomène de vide devant être compensé par la bouteille, après son remplissage et son bouchage, est plus grand, ce qui est susceptible d'aboutir à une déformation de la bouteille et donc en un récipient rempli ne pouvant être mis sur le marché. Par ailleurs, il n'est également pas envisageable, compte tenu des cadences de production actuelle de plus en plus élevées pour la fabrication de récipients, de mettre au rebut les premiers récipients formés jusqu'à la stabilisation des caractéristiques dimensionnelles du récipient. Le problème se pose d'autant plus que les machines d'étirage-soufflage sont souvent intégrées dans des installations plus importantes et plus complètes dans lesquelles il est prévu aussi bien des machines en amont (par exemple le four de conditionnement des préformes) que des machines en aval (par exemple des remplisseuses de liquide ou des étiqueteuses), ce qui entraîne un risque plus élevé qu'une de ces machines présente un dysfonctionnement et qu'il soit nécessaire d'arrêter l'ensemble des machines, pour la réparer. Les arrêts machines sont donc potentiellement plus fréquents, et il n'est pas envisageable, d'un point de vue purement financier, de mettre au rebut une partie de la production afin d'attendre que la température des moules de soufflage se soit stabilisée. Il serait donc particulièrement intéressant de réaliser un procédé de fabrication de récipients grâce auquel il est possible d'obtenir une meilleure stabilisation dimensionnelle du volume du récipient, et ce dès les premiers instants de la mise en fonctionnement des moules de soufflage. Afin de résoudre les problèmes liés à l'art antérieur, la présente invention porte sur un procédé de formation de récipients à partir d'une ébauche, préférentiellement une préforme, en matériau thermoplastique, les récipients étant formés à l'aide d'une machine d'étirage-soufflage de type rotatif comprenant au moins un moule de soufflage, monté à la périphérie d'un carrousel entraîné de manière continue autour de son axe, le moule de soufflage fonctionnant de manière cyclique selon un cycle de soufflage comprenant les étapes suivantes : une étape de placement d'une ébauche préalablement chauffée dans un moule de soufflage présentant, en position de fermeture, une cavité de moulage formant l'empreinte du récipient à souffler ; une étape de fermeture du moule de soufflage; une étape de soufflage de l'ébauche dans le moule de soufflage par l'intermédiaire d'une tuyère de soufflage et, de manière sensiblement simultanée, une étape d'étirage de l'ébauche par insertion d'une tige d'élongation à l'intérieur de l'ébauche en prenant appui contre le fond de l'ébauche de manière à faciliter l'allongement axial de l'ébauche; une étape de balayage de gaz de refroidissement à l'intérieur du récipient par injection d'air à travers une pluralité d'orifices prévus dans la tige d'étirage afin de refroidir le récipient pour faciliter son 5 décollage de la cavité de moulage du moule de soufflage ; une étape de remontée de la tige d'étirage ; une étape de saisie du récipient soufflé par des moyens de préhension extérieurs ; une étape d'ouverture du moule de soufflage; le procédé selon invention étant caractérisé en ce que la durée de l'étape de balayage varie automatiquement à chaque début de production jusqu'à stabilisation de la température de peau de la cavité du moule afin de compenser la différence de températures entre la température de la peau de la cavité de moulage et la température de l'ébauche chauffée venant au contact de la cavité de moulage lors de l'étape de soufflage, ce qui permet d'aboutir à la fabrication de récipients présentant un volume interne plus stable au cours du temps, et plus particulièrement lors de la mise en route du moule de soufflage. De manière avantageuse, le procédé comprend une étape de fixation de la valeur d'un temps de compensation du moule de soufflage, temps au cours duquel la durée du temps de balayage est apte à varier, et correspondant au temps de fonctionnement initial du moule de soufflage avant que la température de la cavité de moulage dudit moule ne se stabilise et que les variations des caractéristiques dimensionnelles du récipient soufflé issu dudit moule soient négligeables ou nulles. Avantageusement, le procédé comprend une étape de fixation d'une valeur maximale de variation du temps de balayage. De manière avantageuse, la durée du temps de balayage pendant le temps de compensation est modifié à intervalle de temps régulier jusqu'à atteindre la valeur maximale de variation de temps. De manière encore plus avantageuse, la durée du temps de balayage pendant le temps de compensation est modifié à chaque cycle de soufflage.30 6 Selon une forme de réalisation avantageuse, le procédé selon l'invention comprend une étape de variation sensiblement linéaire du temps de balayage pendant le temps de compensation. La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'un exemple uniquement illustratif et nullement limitatif de la portée de l'invention, et à partir des figures suivantes, dans lesquelles : La figure 1 illustre de manière schématique les variations, au cours du temps à compter de la mise en marche d'un moule de soufflage, du volume du récipient formé, du temps de balayage et de la température du moule de soufflage, la machine de soufflage-étirage fonctionnant selon l'art antérieur ; La figure 2 illustre de manière schématique les variations, au cours du temps à compter de la mise en marche d'un moule de soufflage, du volume du récipient formé, du temps de balayage et de la température du moule de soufflage, la machine de soufflage-étirage fonctionnant selon le procédé de l'invention. La présente invention porte sur l'amélioration d'un procédé de formation de récipients à partir d'une ébauche, préférentiellement une préforme, en matériau thermoplastique, les récipients étant formés à l'aide d'une machine d'étirage-soufflage de type rotatif comprenant au moins un moule de soufflage, monté à la périphérie d'un carrousel entraîné de manière continue autour de son axe, le moule de soufflage fonctionnant de manière cyclique selon un cycle de soufflage comprenant les étapes suivantes : une étape de placement d'une ébauche préalablement chauffée dans un moule de soufflage présentant, en position de fermeture, une cavité de moulage formant l'empreinte du récipient à souffler ; une étape de fermeture du moule de soufflage ; une étape de soufflage de l'ébauche dans le moule de soufflage par l'intermédiaire d'une tuyère de soufflage et, de manière sensiblement simultanée, une étape d'étirage de l'ébauche par insertion d'une tige 7 d'étirage à l'intérieur de l'ébauche en prenant appui contre le fond de l'ébauche de manière à faciliter l'allongement axial de l'ébauche ; une étape de balayage de gaz de refroidissement à l'intérieur du récipient par injection d'air à travers une pluralité d'orifices prévus dans la tige d'élongation afin de refroidir le récipient pour faciliter son décollage de la cavité de moulage du moule de soufflage ; une étape de remontée de la tige d'étirage ; une étape de saisie du récipient soufflé par des moyens de préhension extérieurs ; une étape d'ouverture du moule de soufflage. Comme cela apparaît plus clairement sur la figure 1, selon l'art antérieur, il est constaté que la température d'un moule de soufflage diminue lors d'un temps initial dit � de compensation � suite à la mise en route du moule de soufflage et du fait de la mise en contact de la matière ramollie de l'ébauche plus froide que la température de celle de la cavité de moulage du moule de soufflage (voir la courbe du bas de la figure 1). De manière courante, le temps de balayage est constant tout au long du 20 fonctionnement du moule de soufflage (voir courbe du milieu de la figure 1). Il en résulte alors une augmentation du volume du récipient formé entre la mise en route du moule de soufflage et un temps donné où la température du moule s'est stabilisée (voir courbe du haut de la figure 1). Il a déjà été précédemment indiqué que 25 la variation de volume du récipient formé entre le début de la production du moule et l'instant où la température du moule est stable et comprise entre 5 et 10%. Afin de réduire ce pourcentage de variation, il est proposé selon l'invention, de manière préférentielle, de faire varier la durée du temps de balayage pendant au 30 moins le temps de compensation du moule de soufflage afin de compenser les différences de température entre la cavité de moulage et la matière ramollie soufflée de l'ébauche. En effet, plus le temps de balayage en air de refroidissement est grand, plus le volume du récipient formé est grand. Il est donc possible, en jouant sur la durée du temps de balayage, d'équilibrer le phénomène de refroidissement du moule de soufflage en début de production, qui aboutit à une augmentation du volume du récipient formé. Autrement dit, selon le procédé de l'invention, la durée de l'étape de balayage est dépendante du nombre de cycles de soufflage réalisés par le moule de soufflage suite à la mise en marche du premier cycle de soufflage du moule de soufflage, ce grâce à quoi il est tenu compte de la variation de température de la peau de la cavité de moulage du fait de la différence de températures entre la température de la peau de la cavité de moulage et la température de l'ébauche chauffée venant au contact de la cavité de moulage lors de l'étape de soufflage, ce qui permet d'aboutir à la fabrication de récipients présentant un volume interne plus stable au cours du temps, et plus particulièrement lors du début de production du moule de soufflage. Le procédé selon l'invention comprend donc une étape de fixation de la valeur d'un temps de compensation du temps de balayage. Ce temps correspond à la durée pendant laquelle la température de la cavité de moulage, en début de production, évolue jusqu'à la stabilisation de la température de la cavité en production. Pour ce faire, il est tout d'abord dans un premier temps déterminé, à l'aide d'essais préalables sur la machine d'étirage-soufflage, le temps de compensation durant lequel la température de la peau de la cavité de moulage n'est pas stabilisée et que, par voie de conséquence, le volume interne des récipients formés est trop fluctuant, Préférentiellement, ce temps de compensation est généralement égale à 180 secondes. Préférentiellement, le procédé comprend également une étape de fixation de la variation maximale du temps de balayage. A chaque cycle de soufflage, la valeur du temps de balayage décroit automatiquement pour atteindre la valeur maximale de variation de temps de balayage. Une fois ce temps de régulation déterminé et fixé, on détermine et on fixe un temps de balayage initial pour le premier cycle de soufflage 9 et on détermine un coefficient de régulation, préférentiellement linéaire, entre le temps de balayage et le temps de fonctionnement du moule de soufflage, ce qui résulte en une variation linéaire du temps de balayage pendant le temps de régulation (voir courbe du milieu de la figure 2). Passé ce temps de compensation, le temps de balayage est constant. Toutefois, il est également possible de prévoir une variation non linéaire, par exemple du second degré, entre le temps de balayage et le temps de fonctionnement du moule de soufflage. Préférentiellement, la durée du temps de balayage pendant le temps de compensation est modifié à intervalle de temps régulier, et de manière encore plus préférentielle, la durée du temps de balayage pendant le temps de compensation est modifié après chaque tour de complet du moule de soufflage sur le carrousel. Grâce au procédé selon l'invention, il a pu être obtenu une réduction entre 50 et 75% des variations dimensionnelles du volume interne des récipients formés au cours du temps de compensation du moule de soufflage, c'est-à-dire jusqu'à la stabilisation en température de la cavité de moulage. Même s'il est préférentiellement envisagé de réaliser une variation du temps de balayage uniquement sur un temps initial de compensation donné, il est également envisageable selon l'invention de modifier régulièrement le temps de balayage en fonction de la température de la cavité de moulage, et non pas uniquement sur un temps de compensation donné. REVENDICATIONS 1. Procédé de formation de récipients à partir d'une ébauche, préférentiellement une préforme, en matériau thermoplastique, les récipients étant formés à l'aide d'une machine d'étirage-soufflage de type rotatif comprenant au moins un moule de soufflage, monté à la périphérie d'un carrousel entraîné de manière continue autour de son axe, le moule de soufflage fonctionnant de manière cyclique selon un cycle de soufflage comprenant les étapes suivantes : une étape de placement d'une ébauche préalablement chauffée dans un moule de soufflage présentant, en position de fermeture, une cavité de moulage formant l'empreinte du récipient à souffler ; une étape de fermeture du moule de soufflage; une étape de soufflage de l'ébauche dans le moule de soufflage par l'intermédiaire d'une tuyère de soufflage et, de manière sensiblement simultanée, une étape d'étirage de l'ébauche par insertion d'une tige d'élongation à l'intérieur de l'ébauche en prenant appui contre le fond de l'ébauche de manière à faciliter l'allongement axial de l'ébauche; une étape de balayage de gaz de refroidissement à l'intérieur du récipient par injection d'air à travers une pluralité d'orifices prévus dans la tige d'étirage afin de refroidir le récipient pour faciliter son décollage de la cavité de moulage du moule de soufflage ; une étape de remontée de la tige d'étirage ; une étape de saisie du récipient soufflé par des moyens de 25 préhension extérieurs ; une étape d'ouverture du moule de soufflage; le procédé étant caractérisé en ce que la durée de l'étape de balayage varie automatiquement à chaque début de production jusqu'à stabilisation de la température de peau de la cavité du moule afin de compenser la différence 30 de températures entre la température de la peau de la cavité de moulage et la température de l'ébauche chauffée venant au contact de la cavité de moulage lors de l'étape de soufflage, ce qui permet d'aboutir à la fabrication de récipients présentant un volume interne plus stable au cours 11 du temps, et plus particulièrement lors de la mise en route du moule de soufflage. 2. Procédé de formation de récipients selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de fixation de la valeur d'un temps de compensation du moule de soufflage, temps au cours duquel la durée du temps de balayage est apte à varier, et correspondant au temps de fonctionnement initial du moule de soufflage avant que la température de la cavité de moulage dudit moule ne se stabilise et que les variations des caractéristiques dimensionnelles du récipient soufflé issu dudit moule soient négligeables ou nulles. 3. Procédé de formation de récipients selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de 15 fixation d'une valeur maximale de variation du temps de balayage. 4. Procédé de formation de récipients selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée du temps de balayage pendant le temps de compensation est modifiée à intervalle de 20 temps régulier jusqu'à atteindre la valeur maximale de variation de temps. 5. Procédé de formation de récipients selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée du temps de balayage pendant le temps de compensation est modifiée au moins à chaque 25 cycle de soufflage. 6. Procédé de formation de récipients selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de variation sensiblement linéaire du temps de balayage pendant le temps de 30 compensation.