Brevet FR2938789A1 — publié le 20100528

La présente invention concerne le domaine des matières plastiques et leurs transformations en vue de la fabrication de produits d'emballage ou de conditionnement. L'invention concerne particulièrement un procédé et un dispositif de production de contenants à partir de préformes en matière plastique telles que des bouteilles ou des bidons. Les matières plastiques comme les polyesters et notamment le polyéthylène téréphtalate (PET) et ses copolymères sont bien connus pour la fabrication de toutes sortes de matériaux d'emballage ou de conditionnement, tels que par exemple des bouteilles, bidons, boîtes, films, sacs, etc. Dans l'industrie, la fabrication de contenants est en majorité effectuée par des machines spécialisées appelées souffleuses de bouteille PET, à partir d'une préforme qui est ensuite soufflée pour se transformer en bouteille. Certaines de ces machines sont capables de produire jusqu'à 35000 contenants par heure pour les contenants de plus petit volume. Cette production à la chaine se déroule en plusieurs étapes. La première étape consiste à alimenter les machines en préformes. Les préformes passent d'une trémie d'alimentation à un convoyeur chargeur qui permet leur insertion dans la chaine de production tout en leur conférant une orientation prédéfinie. Les préformes sont ensuite dirigées vers un module de chauffage situé à l'entrée de la souffleuse de bouteilles. La seconde étape consiste à chauffer les préformes. Les préformes sont chauffées en continu le long de leur passage dans le module de chauffage. Ce chauffage est effectué par des émetteurs infrarouges. Ces équipements permettent des montées rapides en température est sont communément employés dans divers secteurs de l'industrie notamment pour la chauffe de pièces métalliques en carrosserie en passant par le séchage de papier ou de colles industrielles. Pendant la phase de chauffage, les préformes tournent constamment autour d'eux-mêmes, de façon à garantir une distribution optimale et 30 symétrique de la chaleur. Jusqu'à présent il était expliqué par les fabricants de souffleuses ainsi que par les fabricants d'émetteurs à infrarouges électrique halogène que la meilleure façon de monter rapidement des préformes en température était d'utiliser des infrarouges dit court typiquement à 1,2 pm de longueur d'onde. Les derniers développements qu'ils ont d'ailleurs réalisés conduisent à proposer aux utilisateurs des émetteurs qui ont une longueur d'onde encore plus courte typiquement jusqu'à 0,8 pm. De plus durant cette phase de chauffage, il est nécessaire dans les conditions susmentionnées d'effectuer une importante injection d'air à l'intérieur du module de chauffage afin de stabiliser les températures de surfaces des préformes et éviter les surchauffes de peau. La troisième étape consiste à étirer et souffler les préformes. Cette étape comprend deux phases : l'étirage et le pré-étirage, qui se déroulent simultanément, par la descente d'une barre d'étirage, l'introduction d'air comprimé à basse pression, et le soufflage final par air comprimé à haute pression, grâce auquel les bouteilles prennent leur forme définitive. La dernière étape consiste à sortir les bouteilles. Les bouteilles finies sont prélevées des stations d'étirage-soufflage au moyen d'un groupe de pinces puis sont sorties pour être dirigées vers les machines de remplissage. L'inconvénient majeur de ce procédé de production réside dans la forte consommation en énergie qu'il engendre pour sa mise en oeuvre. Cette forte consommation est imputable d'une part au fonctionnement des émetteurs infrarouges et d'autre part au fait de devoir refroidir la surface des préformes pour éviter les surchauffes de peau. La présente invention vise à résoudre tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique. A ce sujet, l'objet de la présente invention porte sur un procédé de production de contenants tels des bouteilles ou des bidons, à partir de préformes de préférence en matière plastique comprenant les étapes d'alimentation en préformes, de préchauffage des préformes par rayonnement dans un module de chauffe, et d'étirage et/ou soufflage des préformes par une souffleuse, caractérisé en ce que le rayonnement a une longueur d'onde comprise entre 1,5 pm et 2,5 pm. D'une façon étonnante, et alors que les recherches portaient sur des longueurs d'ondes plus courtes, l'utilisation d'émetteurs infrarouges électriques halogènes émettant un rayonnement infrarouge de longueur d'onde supérieure à ce qui était employé jusqu'à présent, c'est-à-dire un rayonnement avec une longueur d'onde à 1,2 pm, apporte à lui seul environ 35% de l'accroissement du rendement par rapport à une utilisation standard à 1,2 pm. Ce gain s'explique en partie dans le fait que d'une part l'émission d'un rayonnement à longueur d'onde plus grande nécessite moins d'énergie d'alimentation des émetteurs, et d'autre part dans le fait que l'utilisation d'une longueur d'onde plus grande augmente la profondeur de pénétration dans le matériau. La pénétration du rayonnement est la résultante de la réflexion et de l'absorption par la matière plastique généralement en polyester PET. Il a été constaté qu'à une longueur d'onde se trouvant dans un intervalle au dessus de 1,2 pm, le rayonnement était plus absorbé que réfléchi par la surface du polyester PET. Ainsi, le rayonnement en atteignant une profondeur de pénétration optimale se situant à mi épaisseur du profilé en PET, se met à diffuser dans toutes les directions, ce qui a pour conséquence de chauffer le matériau directement de l'intérieur avec comme effet l'apparition d'un gradient thermique qui diminue avec la distance à la surface de la préforme. Cet effet engendre un autre avantage considérable : il n'est plus nécessaire d'insuffler de grandes quantités d'air dans le module de chauffage pour éviter les surchauffes des surfaces des préformes. Avec ce procédé, les temps de traitement sont également réduits de 30 à 50%, ce qui augmente considérablement la productivité des contenants mais surtout réduit considérablement la consommation électrique de40à60%. Avantageusement, le rayonnement a une longueur d'onde comprise 20 entre 1,7 pm et 1,9 pm. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, de l'air est insufflé durant le préchauffage des préformes. Selon le même mode de mise en oeuvre du procédé, l'air insufflé est orienté selon une direction déterminée. 25 Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, une partie du rayonnement est réfléchi à l'intérieur du module de chauffage. Selon encore un autre mode de mise en oeuvre du procédé, l'air insufflé est conditionné à l'intérieur du module de chauffage. L'invention porte également sur un dispositif pour la production de 30 contenants tels des bouteilles ou de bidons, à partir de préformes de préférence en matière plastique comprenant un convoyeur de préformes, un module de chauffage comprenant des émetteurs infrarouges, une souffleuse de bouteilles, caractérisé en ce que les émetteurs infrarouges émettent un rayonnement avec une longueur d'onde comprise entre 1,5 pm et 2,5 pm. 35 Avantageusement, les émetteurs infrarouges émettent un rayonnement avec une longueur d'onde comprise entre 1,7 pm et 1,9 pm. Selon un mode de réalisation, une insuffleuse d'air est disposée à l'encontre du module de chauffage. Cette insuffleuse permet d'entretenir une circulation d'air à l'intérieur du module de chauffage. Selon un autre mode de réalisation, l'air insufflé est uniquement orienté vers les émetteurs infrarouges. L'énergie émise par les émetteurs infrarouges à courte longueur d'onde est dense mais reste en surface. Cette énergie pénètre dans la matière par conduction. II faut beaucoup d'air dans un procédé classique car la densité d'émission étant très forte, l'air qui circule dans le module de chauffage réduit les effets de peau. L'énergie émise par des émetteurs infrarouges de longueur d'onde plus grande est quant à elle moins dense mais pénètre beaucoup plus dans la matière. Elle est absorbée immédiatement, c'est pourquoi il n'est pas nécessaire dans le dispositif selon l'invention d'insuffler de l'air afin de maintenir un flux d'air constant autour des surfaces des préformes et ainsi éviter l'effet de peau. Selon le même mode de réalisation, le module de chauffage comprend des réflecteurs infrarouges adaptés à la longueur d'onde de l'émetteur. Une bonne mise en oeuvre de l'environnement par l'utilisation de réflecteurs infrarouges adaptés à la longueur d'onde du rayonnement et une gestion de l'air sur les émetteurs et de l'ambiance du four permet encore d'améliorer le rendement de 15 à 20 % par rapport à l'état de la technique. Les réflecteurs employés peuvent par exemple se rapprocher des caractéristiques idéales d'un corps noir. Selon un autre mode de réalisation, au moins une paroi en quartz est intercalée entre les émetteurs infrarouges et les préformes. Cette disposition permet d'isoler les préformes de l'air circulant autour des émetteurs. En effet, il a été montré durant la mise en oeuvre de l'invention, que au contraire de ce qui était attendu, l'air réduisait le rendement global, et ce à cause des effets de conduction et de convection thermique se produisant à l'intérieur du module de chauffage. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, d'une partie du dispositif pour la production de contenants selon l'invention. La figure 1 représente une vue synoptique du dispositif pour la production de contenants selon l'invention. La figure 2 représente une vue schématique de dessus du module de chauffage du dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 3 représente une vue schématique de profil de ce même module de chauffage du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention. La figure 4 représente une vue schématique de profil du module de chauffage du dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Selon l'invention, en référence à la figure 1, un dispositif 1 pour la production de contenants 2 comprend un convoyeur 3 de préformes 4, un module de chauffage 5 comprenant des émetteurs infrarouges 6 et une insuffleuse d'air 8 adossée à celui-ci. Le convoyeur 3 est équipé de moyens de mise en rotation 13 représentés à la figure 3 permettant de mettre continuellement les préformes en rotation autour d'un axe de rotation 12. Afin de permettre une meilleure pénétration des infrarouges dans la matière, la vitesse de rotation peut être réduite par rapport à celle d'un dispositif conventionnel qui utilisait cette vitesse de rotation pour refroidir la surface des préformes et ainsi éviter l'effet de peau. Les émetteurs infrarouges 6 sont disposés selon un plan sensiblement parallèle au plan décrit par le passage des préformes 3 lors de leur passage dans le module de chauffage 5. Le module de chauffage 5 comprend également des réflecteurs infrarouges 9 disposés selon un plan sensiblement parallèle au plan dans lequel s'inscrivent les émetteurs infrarouges 6 et de part et d'autre de ces mêmes émetteurs infrarouges 6 de manière à limiter les pertes d'énergie à l'intérieur du module de chauffage 5. Sur le module de chauffage 5, il est disposé une insuffleuse d'air 8 injectant continuellement de l'air à l'intérieur du module de chauffage 5. Cette insuffleuse d'air 8 peut présenter plusieurs configurations et caractéristiques différentes suivant le besoin. Elle peut par exemple être disposée sur un quelconque côté du module de chauffage 5, le but étant d'apporter suffisamment d'air à l'intérieur du module de chauffage 5 afin d'éviter la surchauffe de certaines surfaces se trouvant à l'intérieur du module de chauffage 5. L'écoulement d'air engendré peut également être laminaire ou turbulent. La souffleuse 7 est quant à elle disposée en sortie du module de chauffage 5 à une distance relativement courte de celui-ci pour éviter un trop fort refroidissement de préformes 3. Au début du cycle de production, les préformes 3 sont au préalable chargées dans une trémie 11. En sortant de cette trémie 11, les préformes 3 sont successivement disposées sur le convoyeur 4 selon une orientation prédeterminée, généralement avec le goulot tourné vers le bas. Une fois sur le convoyeur 4, les préformes 3 sont maintenues à l'aide de mandrins et animées d'un mouvement de rotation autour de leur axe de rotation 12 par l'intermédiaire des moyens de mise en rotation 13 disposés sur le convoyeur 4, puis elles sont dirigées vers l'entrée du module de chauffage 5. Tout au long de leur passage dans le module de chauffage 5, un chauffage continu par rayonnement infrarouge est appliqué aux préformes 3. Ce rayonnement est produit par les émetteurs infrarouges 6 disposés le long du module de chauffage 5. Selon l'invention, ce rayonnement est émis à une longueur d'onde entre 1,5 pm et 2,5 pm et cela a pour conséquence d'augmenter la profondeur de pénétration dans le matériau dans lequel sont constituées les préformes, ici du PET. L'energie résultante du rayonnement infrarouge se convertie en 20 chaleur et se diffuse par conduction à partir de l'intérieur du matériau. Le chauffage est amélioré par effet de four à l'aide des parois 9. Un gradient thermique se crée entre l'intérieur du matériau en PET et sa surface, ce qui va réduire la nécessité d'injecter de grandes quantités d'air dans le module de chauffage pour prévenir un éventuel effet de peau à la 25 surface des préformes, ce qui les rendraient inutilisables. A la sortie du module de préchauffage 5, les préformes 3 chauffées à une température typiquement de 120°C rentrent dans la souffleuse 7. La souffleuse 7 possède un moule ayant la forme complémentaire prédéterminée de celle de la bouteille 2 à produire. La préforme 3 est prise dans ce moule 30 puis soufflée afin de donner à la bouteille 2 sa forme définitive. La bouteille 2 est ensuite évacuée par un deuxième convoyeur 4 disposé à la sortie de la souffleuse. Dans un second mode de réalisation présenté à la figure 4, il est possible d'adjoindre au module de chauffage 5 une paroi 10 ayant un bon 35 coeficient de transmisssion de préférence en quartz. Cette paroi 10 est disposée entre les émetteurs infrarouges 6 et les préformes 3. Elle permet de conditionner les mouvements d'air injecté par l'insuffluse d'air 8 sur les seuls émetteurs infrarouges 6. En effet, avec ces émetteurs infrarouges 6 et le mode de transfert thermique qu'ils impliquent, il n'est plus nécessaire d'entretenir un mouvement d'air autour des préformes 3, ce mouvement d'air est au contraire défavorable au gain de rendement recherché. Enfin, la mise en place du procédé selon l'invention ne nécessite pas de changements ou d'adaptations importantes sur les dispositifs existant. Il n'est nécessaire que de placer les émetteurs différemment. En effet, avec le procédé et son dispositif de mise en oeuvre selon l'invention, il est possible de tapisser la surface occupée par les émetteurs 6 d'une façon moins dense qu'avec des émetteurs émettant dans l'infrarouge court et sur moins de surface totale. Il suffit également de mettre en place des réflecteurs infrarouges 9 très peformants et de réduire les quantités d'air introduite dans le module de chauffage 5 au minimum nécessaire au fonctionnement des émetteurs infrarouges 6. Ainsi, grâce à la mise en place d'un procédé et de son dispositif 1 selon l'invention, l'industrie des contenants 2 et autres emballages plastiques voit son rendement augmenter de 50% surtout de par la baisse de la consommation d'energie électrique nécessaire à l'alimentation des émetteurs infrarouges 6 et à l'insuffleuse d'air 8 ainsi qu'un gain de temps durant la phase de chauffage des préformes 3. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif 1 ni à son application selon son procédé , décrits ci-dessus à titre d'exemple, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes.25 REVENDICATIONS1. Procédé de production de contenants tels des bouteilles ou des bidons, à partir de préformes de préférence en matière plastique comprenant 5 les étapes : - d'alimentation en préformes, - de préchauffage des préformes par rayonnement dans un module de chauffage, et - d'étirage et/ou soufflage des préformes par une souffleuse, 10 caractérisé en ce que le rayonnement a une longueur d'onde comprise entre 1,5 pm et 2,5 pm. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le rayonnement a une longueur d'onde comprise entre 1,7 pm et 1,9 pm. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel 15 de l'air est insufflé durant le préchauffage des préformes. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel l'air insufflé est orienté selon une direction déterminée. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 à 4 dans lequel l'air insufflé est conditionné à l'intérieur du module de chauffage. 20 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel une partie du rayonnement est réfléchi à l'intérieur du module de chauffage. 7. Dispositif (1) pour la production de contenants (2) tels des bouteilles ou de bidons, à partir de préformes (3) de préférence en matière plastique comprenant : 25 - un convoyeur (4) de préformes (3), - un module de chauffage (5) comprenant des émetteurs infrarouges (6), - une souffleuse (7) de bouteilles, caractérisé en ce que les émetteurs infrarouges (6) émettent un 30 rayonnement avec une longueur d'onde comprise entre 1,5 pm et 2,5 pm. 8. Dispositif (1) selon la revendication 7 dans lequel les émetteurs infrarouges (6) émettent un rayonnement avec une longueur d'onde comprise entre 1,7 pm et 1,9 pm. 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications 7 à 8 dans lequel 35 une insuffleuse d'air (8) est disposée à l'encontre du module de chauffage (5). 1 10. Dispositif (1) selon la revendication 9 dans lequel l'air insufflé est uniquement orienté vers les émetteurs infrarouges (6). 11. Dispositif (1) selon l'une des revendications 7 à 10 dans lequel le module de chauffage (5) comprend des réflecteurs infrarouges (9) adaptés à 5 la longueur d'onde de l'émetteur (6). 12. Dispositif (1) selon l'une des revendications 7 à 11 dans lequel au moins une paroi de préférence en quartz est intercalée entre les émetteurs infrarouges (6) et les préformes (3).