Brevet FR2915418A1 — publié le 20081031

Procédé de chauffe d'ébauches pour la fabrication de récipients L'invention a trait à la chauffe des ébauches en matière plastique, notamment en polyéthylène téréphtalate (PET), pour la fabrication de récipients, tels que bouteilles, flacons, à partir de celles-ci. La technique de chauffe la plus répandue consiste à monter les préformes sur des supports rotatifs, couramment appelés tournettes , lesquels suivent un parcours le long duquel est disposé un four à défilement équipé de lampes à rayonnement infrarouge. La rotation des ébauches autour de leur axe principal au cours du défilement permet d'assurer une certaine uniformité de la chauffe. Les lampes à rayonnement infrarouge tapissent généralement une paroi latérale du four, en face de laquelle s'étend une paroi réfléchissante grâce à laquelle la fraction du rayonnement non absorbée par les ébauches est réfléchie vers celles-ci. Cette technique, désormais traditionnelle, a déjà fait l'objet de perfectionnements pour permettre la production de récipients de forme particulière, notamment lorsque ceux-ci ne présentent pas de symétrie de révolution (récipients de section polygonale ou aplatie). Dans ce cas en effet, une technique de chauffe adaptée consiste à chauffer les ébauches de manière non uniforme sur leur circonférence, de sorte à présenter au moins un secteur angulaire comparativement plus chaud qu'un ou plusieurs zones secteurs angulaires attenants. La problématique liée à cette chauffe non uniforme est bien expliquée dans le brevet français FR 2 703 944 (et dans son équivalent américain US 5 681 521) au nom de la demanderesse, lequel propose une solution astucieuse consistant à créer dans la paroi réfléchissante des discontinuités (soit par l'adjonction devant celle-ci de caches, soit par la réalisation d'échancrures) qui absorbent le rayonnement plutôt que de le réfléchir. Cette solution donne satisfaction. Elle est d'ailleurs couramment exploitée. Elle suscite toutefois quelques désagréments qui la rendent perfectible. D'une part, l'énergie consommée par le four n'est pas moindre que dans la configuration ordinaire. Au contraire même : pour certaines applications, la température des caches placés devant la paroi réfléchissante est régulée au moyen d'un système de refroidissement qui accroît l'énergie totale consommée. D'autre part, la chauffe manque de précision, la transition entre les secteurs chauds de l'ébauche et les secteurs comparativement plus froids manquant de netteté. Aussi, le besoin se fait ressentir de disposer d'une technique de chauffe présentant une meilleure sélectivité, et qui permette éventuellement de diminuer l'énergie consommée. A cet effet, l'invention propose, suivant un premier aspect, un procédé de chauffe d'une ébauche en matière plastique pour la fabrication d'un récipient par formage à partir de l'ébauche, ce procédé comprenant : une étape de transport de l'ébauche le long d'un parcours prédéterminé avec rotation de l'ébauche autour de son axe ; une étape de chauffe de l'ébauche le long dudit parcours au moyen de sources de rayonnement infrarouge, l'intensité du rayonnement émis étant régulée le long du parcours. 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 d'élévation en coupe montrant une préforme montée sur un support rotatif ; la figure 2 est une vue en perspective montrant une préforme ayant subi une chauffe sélective, un secteur comparativement plus chaud étant représentée en grisé ; la figure 3 est une vue en perspective montrant un dispositif de chauffe au sein duquel défilent des préformes ; la figure 4 est une vue d'élévation en coupe du dispositif de la figure 3 ; la figure 5 est une vue en coupe transversale, suivant le plan de coupe V-V, du dispositif de la figure 4, sur laquelle on a représenté un profil de chauffe de type sinusoïdal ; la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, qui illustre une variante selon laquelle le profil de chauffe est de type crénelé. On a représenté en coupe sur la figure 1 une préforme 1 qui, pour être chauffée au défilé au sein d'un four 2, est montée sur un dispositif 3 de préhension rotatif (appelé tournette) fixé sur une chaîne entraînée en déplacement à vitesse linéaire constante. La préforme 1, réalisée dans une matière thermoplastique telle que polyéthylène téréphtalate (PET), est destinée, après avoir été ramollie par chauffage à une température supérieure à sa température de transition vitreuse, à subir dans un moule une opération de soufflage ou d'étirage soufflage pour former un récipient tel qu'une bouteille ou un flacon. La préforme 1 présente à une extrémité supérieure un col 4, qui est destiné à subir un minimum de déformations tant au cours de la chauffe que du moulage subséquent. Dans le col 4 est emmanchée une extrémité inférieure de la tournette 3, en forme de doigt. Par une extrémité supérieure conformée en pignon (non représentée), la tournette 3 engrène une crémaillère disposée le long du parcours de la préforme 1. De la sorte, celle-ci est entraînée en rotation autour de son axe A de révolution (dit axe principal) à une vitesse de rotation directement proportionnelle à sa vitesse linéaire de déplacement. La préforme 1 présente un corps 5 sensiblement tubulaire qui se :20 termine, à l'opposé hémisphérique. Sur la figure 1, dans cette position défile. Sur la figure montrer sur celle-cidu col 4, par un fond 6 en forme de calotte la préforme 1 est représentée col 4 en haut : c'est qu'elle est introduite dans le four 2 et qu'elle y 2, la préforme 1 est représentée col en bas pour un secteur angulaire 7 (grisé) soumis au sein du four 2 à une chauffe sélective. Ce secteur 7 s'étend suivant l'axe A 25 principal le long du corps 5 et sur le fond 6 de la préforme 1 jusqu'à une extrémité inférieure de celle-ci. En pratique, en fonction du profil de chauffe appliqué, la préforme 1 peut comprendre plusieurs secteurs 7 soumis à une chauffe sélective, par exemple deux secteurs diamétralement opposés, comme nous le verrons ci-après. 30 On se réfère à présent aux figures 3 à 6. Les préformes 1 suivent au sein du four 2 un parcours L longitudinal, sensiblement rectiligne (bien qu'il puisse présenter tout type de profil) qui s'étend depuis l'entrée du four 2 jusqu'à la sortie de celui-ci. À l'issue du parcours L suivi par les préformes 1, celles-ci ont 35 subi une chauffe selon un profil prédéterminé permettant de réaliser le soufflage souhaité 4 Le four 2 comprend une enceinte 8 délimitée par deux parois 9, 10 verticales en regard, qui s'étendent sensiblement parallèlement au parcours en étant placées de part et d'autre de celui-ci. Les parois 9, 10 s'étendent sur une hauteur sensiblement égale à la longueur du corps 5 de la préforme 1. Dans la configuration illustrée, celle-ci est orientée col 4 en haut, celui-ci dépassant de l'enceinte 8 au-dessus des parois 9, 10. Cette configuration n'est pas impérative : en variante, la préforme 1 peut être orientée col 4 en bas. Une première paroi 9, dite paroi émettrice, est tapissée d'une pluralité de sources 11 de rayonnement infrarouge dirigées vers l'intérieur de l'enceinte 8. En pratique, chacune de ces sources 11 se présente sous la forme d'une diode laser. Les diodes sont organisées pour former une matrice 12, par exemple par juxtaposition (et éventuellement superposition) de blocs 13 de diodes 11, comme cela est décrit dans la demande internationale WO 2006/0566673 au nom de la demanderesse. Chaque diode 11 émet un faisceau orienté transversalement par rapport au parcours et s'étendant dans un plan horizontal, de sorte que chaque diode 11 contribue à chauffer un tronçon annulaire de chaque préforme 1, qui défile à sa hauteur dans le four 2. L'orientation angulaire des diodes 11 est laissée à l'appréciation de l'homme du métier. En particulier, les diodes 11 pourront être pivotées autour d'un axe vertical. En pratique, la matrice 12 peut être réalisée par juxtaposition de blocs 13 de diodes 11 laser du type commercialisé par la société NUVONYX, chaque diode 11 émettant un faisceau laser plan d'une puissance unitaire maximale de 40 W à une longueur d'onde de 940 nm. Suivant un mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6, la paroi 10 en regard, appelée réflecteur, présente une face interne réfléchissante continue, de sorte que la portion du rayonnement émis par la paroi 9 émettrice, non absorbée par les préformes 1, y est réfléchie vers celles-ci. Comme cela est illustré sur la figure 4, le four 2 peut comprendre un caisson 14 de ventilation, disposé derrière le réflecteur 10, ce caisson 14 présentant une bouche 15 qui s'ouvre le long du parcours au-dessus de l'enceinte 8. Dans ce caisson 14 est disposé un ventilateur 16 qui génère un flux d'air expulsé transversalement au travers de la bouche 15 pour assurer le refroidissement du col 4. Par ailleurs, le four 2 est équipé d'un système 17 de régulation de la puissance des diodes 11 par tranches verticales, de sorte à réguler 5 l'intensité du rayonnement émis le long du parcours. Cette régulation par tranches verticales peut éventuellement être combinée à une régulation par tranches horizontales, l'intensité du rayonnement émis étant régulée parallèlement à l'axe A des préformes 1. Cette régulation est réalisée au moyen d'une alternance de zones I1 d'émission d'un rayonnement plus intense, et de zones 12 d'émission d'un rayonnement comparativement moins intense, l'alternance (c'est-à-dire la distance entre deux zones 11 de rayonnement plus intense) étant inférieure ou égale à la distance parcourue par la préforme 1 au cours d'une rotation complète autour de son axe A. De la sorte, le ou les secteurs 7 de la préforme 1 passant successivement en regard des zones Il sont soumis à un rayonnement plus intense que les secteurs passant en regard des zones 12. Les secteurs 7 sont donc chauffés de manière sélective, c'est-à-dire à une température supérieure. II est à noter que si, du point de vue de la préforme 1, le rayonnement auquel elle est soumise varie en intensité au fur et à mesure qu'elle se déplace dans le four 2, du point de vue du four 2, l'intensité du rayonnement est sensiblement invariable dans le temps, chaque source 11 émettant un rayonnement d'intensité constante. Le profil de chauffe, c'est-à-dire le profil de l'intensité du rayonnement le long du parcours, est défini en fonction de la forme finale que l'on souhaite conférer au récipient, et du profil de répartition de la matière dans celui-ci. Deux exemples sont illustrés sur les figures 5 et 6, qui permettent de chauffer les préformes 1 de manière sélective, de sorte à chauffer à une température comparativement plus chaude deux secteurs 7a, 7b diamétralement opposés, qui s'étendent suivant l'axe A principal de la préforme sur le corps 5 et le fond 6 suivant un angle angulaire prédéfini. A cet effet, suivant un premier mode de réalisation illustré sur la figure 5, le profil de chauffe est de forme sinusoïdale le long du parcours. Sur la figure 5, on a représenté sous forme de flèches l'intensité de chaque diode 11 appartenant à un même bloc 13 vertical. On a représenté par un trait continu sinusoïdal l'enveloppe de l'intensité du rayonnement, joignant (avec lissage) les extrémités des flèches. On a représenté de manière similaire l'intensité du rayonnement réfléchi par le réflecteur 10, en tenant compte de ce que l'intensité du rayonnement réfléchi est comparativement plus faible que l'intensité du rayonnement émis, en raison de l'absorption par les préformes 1 d'une partie de celui-ci. On comprend aisément qu'afin de chauffer sélectivement les mêmes portions des préformes 1 le long du parcours, l'intensité du rayonnement émis présente un caractère périodique (c'est-à-dire que l'alternance définie ci-dessus est sensiblement constante), bien que la valeur de l'intensité au niveau des pics d'intensité puisse varier le long du parcours (sur la figure 5, l'intensité aux pics est représentée constante). La période est fonction de la distance parcourue par la préforme 1 pour une rotation autour de son axe A d'un angle prédéterminé. Cet angle est choisi en fonction de la position angulaire des secteurs 7 que l'on souhaite soumettre à une chauffe sélective. Rappelons que chaque point situé sur la circonférence de la préforme 1 décrit une cycloïde dont la période est égale à la distance parcourue par la préforme 1 pour une révolution complète autour de son axe A. Pour chauffer de manière sélective deux secteurs 7a, 7b diamétralement opposés, on cale la période de l'intensité du rayonnement sur la moitié de la période de la cycloïde. De la sorte, les secteurs 7a, 7b comparativement plus chauds sont exposés aux pics d'intensité à chaque rotation de la préforme 1 de 180 autour de son axe A. Quant aux secteurs intermédiaires, comparativement plus froids, ils sont exposés aux creux d'intensité à chaque rotation de la préforme 1 de 180 autour de son axe A, mais avec un décalage de phase d'un quart de tour par rapport aux secteurs 7a, 7b comparativement plus chauds. Suivant un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 6, le profil de chauffe est également périodique le long du parcours, mais il présente un profil crénelé. Pour obtenir un tel profil de chauffe, on fait alterner sur la paroi 9 émettrice des trains de diodes Il émettant un rayonnement relativement intense, et des trains de diodes 11 émettant un rayonnement comparativement moins intense. La période du signal est choisie de la même manière que précédemment. L'effet obtenu est similaire, bien que dans ce cas la transition entre les zones comparativement plus chaudes et les zones comparativement plus froides soit plus brutale. Les préformes 1 ainsi chauffées sont ensuite transférées vers une unité de moulage pour y être mises en forme. Les secteurs 7a, 7b comparativement plus chauds présentent une aptitude à la déformation supérieure aux zones comparativement plus froides. Cette répartition différentielle de la température dans la préforme 1 permet d'obtenir un récipient de forme complexe, par exemple un récipient à section aplatie (par exemple ovale ou rectangulaire) dont les secteurs 7a, 7b comparativement plus chauds formeront les grandes faces tandis que les secteurs comparativement plus froids formeront les petites faces, sans variation notable de l'épaisseur du récipient. En faisant varier l'intensité du rayonnement émis, on économise une partie de l'énergie habituellement rayonnée en pure perte. Grâce à cette régulation, il est en outre possible de délimiter avec plus de précision les secteurs 7a, 7b comparativement plus chauds, au bénéfice de la précision de fabrication ultérieure du récipient. Les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont pas limitatifs quant aux profils de chauffe envisageables. Il est ainsi possible d'adapter le profil du rayonnement, en réglant par exemple les valeurs respectives des pics et des creux d'intensité ainsi que les valeurs intermédiaires. On pourra choisir un profil continûment variable, c'est-à-dire avec des transitions douces entre les valeurs des pics et des creux, comme dans le cas sinusoïdal décrit ci-dessus, ou au contraire un profil brisé, par exemple crénelé (voir ci-dessus) ou triangulaire. On pourra également choisir pour le rayonnement émis une période adaptée au profil de chauffe souhaité. Ainsi, il est possible de ne chauffer sélectivement qu'une portion angulaire unique de la préforme 1. A cet effet, on calera la période sur la période de la cycloïde décrite par cette portion, laquelle sera exposée périodiquement à un pic d'intensité du rayonnement pour chaque tour complet (360 ) de la préforme 1 autour de son axe A principal. 8 De manière analogue, pour obtenir trois portions comparativement plus chaudes réparties à 120 , on calera la période de l'intensité du rayonnement sur le tiers de la période de la cycloïde. Dans les deux cas, il peut paraître nécessaire de modifier la structure du four 2 pour limiter ou même à supprimer la partie réfléchie du rayonnement qui contribue à une chauffe sensiblement symétrique de la préforme 1. De même, on pourra faire varier l'intensité des pics (respectivement des creux) le long du parcours, par exemple pour que l'intensité du rayonnement émis aux pics soit croissante (ou au contraire décroissante). Plusieurs solutions sont envisageables : on peut tapisser la paroi 10 d'un revêtement (tel qu'une peinture) absorbant ; on peut l'éloigner suffisamment des préformes 1 pour que le rayonnement réfléchi soit en grande partie dissipé ; ou bien on peut même supprimer tout à fait la paroi 10. Toutefois, cette dernière solution n'a pas la préférence des inventeurs, en raison du danger potentiel que peut représenter un rayonnement infrarouge non confiné. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffe d'une ébauche (1) en matière plastique pour la fabrication d'un récipient par formage à partir de l'ébauche (1), ce procédé comprenant : une étape de transport de l'ébauche (1) le long d'un parcours prédéterminé avec rotation de l'ébauche (1) autour de son axe (A) ; une étape de chauffe de l'ébauche (1) le long dudit parcours au moyen de sources (11) de rayonnement infrarouge, ce procédé étant caractérisé en ce que l'intensité du rayonnement émis est régulée le long du parcours pour chauffer de manière sélective au moins un secteur (7, 7a, 7b) de l'ébauche (1). 2. Procédé de chauffe selon la revendication 1, dans lequel l'intensité du rayonnement est périodique le long du parcours. 3. Procédé de chauffe selon la revendication 2, dans lequel la période de l'intensité du rayonnement est égale ou sensiblement égale à la distance parcourue par l'ébauche (1) pour une rotation d'un demi-tour autour de son axe (A). 2.0 4. Procédé de chauffe selon la revendication 3, dans lequel la période de l'intensité du rayonnement est égale ou sensiblement égale à la distance parcourue par l'ébauche (1) pour une rotation d'un tour autour de son axe (A). 5. Procédé de chauffe selon l'une des revendications 1 à 4, dans 25 lequel l'intensité du rayonnement présente un profil continûment variable le long du parcours. 6. Procédé de chauffe selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'intensité du rayonnement présente un profil sensiblement sinusoïdal le long du parcours. :30 7. Procédé de chauffe selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'intensité du rayonnement présente un profil sensiblement crénelé le long du parcours. 8. Dispositif de chauffe d'ébauches (1) en matière plastique pour la fabrication de récipients par formage à partir desdites ébauches (1), :35 comprenant : û des moyens (3) rotatifs de préhension des ébauches (1) ;des moyens de transport des ébauches (1) le long d'un parcours prédéterminé ; des moyens de chauffe comprenant des sources (11) de rayonnement infrarouge disposés le long dudit parcours, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens de régulation de l'intensité du rayonnement émis par les sources (11) le long dudit parcours. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les sources (11) de rayonnement infrarouge sont des diodes laser. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel les sources (11) de rayonnement infrarouge sont agencées en matrice.