Brevet FR2961181A1 — publié le 20111216

Récipient comprenant un fond voûté à assise carrée L'invention se rapporte à la fabrication des récipients, tels que bouteilles ou pots, obtenus par soufflage ou étirage soufflage à partir 5 de préformes en matière thermoplastique. La fabrication, par soufflage, d'un récipient consiste généralement à introduire dans un moule à l'empreinte du récipient une ébauche (terme désignant soit une préforme soit un récipient intermédiaire obtenu par présoufflage d'une préforme) préalablement chauffée à une 10 température supérieure à la température de transition vitreuse de la matière, et à injecter dans l'ébauche un gaz (tel que de l'air) sous pression. Le soufflage peut être complété par un étirage préalable de l'ébauche au moyen d'une tige coulissante. La double orientation moléculaire que subit la matière au cours du 15 soufflage (axiale et radiale, respectivement parallèlement et perpendiculairement à l'axe général du récipient) confère au récipient une certaine rigidité structurelle. Mais la diminution - dictée par le marché - de la quantité de matière employée pour la fabrication des récipients oblige les fabricants 20 à recourir à des astuces de fabrication ou de forme pour rigidifier leurs récipients, la bi-orientation se révélant insuffisante. Il en résulte qu'à poids égal deux récipients n'ont pas nécessairement les mêmes performances mécaniques (tenue, rigidité). Une solution technique pour favoriser la rigidité structurelle d'un 25 récipient consiste à surétirer le fond du récipient, au moyen d'un moule spécial équipé d'un fond de moule mobile en translation qui vient repousser la matière (cf. notamment le brevet européen EP 1 069 983). Le surétirage induit un accroissement du taux de déformation de la matière et donc une augmentation mécanique de sa cristallinité. 30 Mais cette technique, appelée « boxage », ne garantit pas que la rigidité du fond sera satisfaisante ; c'est pourquoi on la combine généralement à des astuces de forme. Cependant toutes les formes ne sont pas admissibles, en raison des contraintes de soufflabilité de la matière (on nomme « soufflabilité » la capacité du récipient à être 35 formé par soufflage, ou en d'autres termes la capacité de la matière à épouser convenablement l'empreinte du moule). S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD 2 On recherche par conséquent un bon compromis dans le choix des paramètres que l'on souhaite maximiser (notamment, rigidité et soufflabilité) et ceux que l'on souhaite au contraire minimiser (notamment poids et pression de soufflage). A ce jour, les récipients allégés destinés aux applications ordinaires (notamment l'eau plate) présentent des performances mécaniques insuffisantes. En particulier, on a constaté que, même dans l'hypothèse où la rigidité d'un récipient allégé semble suffisante lors du remplissage, sa palettisation pose problème, car le poids des récipients superposés exerce sur les récipients inférieurs des efforts tels que les fonds ont tendance à rouler, et la palette à s'affaisser. Un objectif de l'invention est d'améliorer, à poids égal ou inférieur et, de préférence, à pression de soufflage égale ou inférieure, les performances mécaniques d'un récipient, tout en maximisant sa soufflabilité. A cet effet, l'invention propose un récipient en matière plastique, muni d'un corps et d'un fond s'étendant à une extrémité inférieure du corps, le fond comprenant : Une assise annulaire s'étendant sensiblement dans le prolongement du corps et définissant un plan de pose et une joue annulaire interne sensiblement perpendiculaire au plan de pose ; Une voûte concave qui s'étend à partir d'une zone voisine de l'assise vers une zone centrale ; caractérisé en ce que la dimension axiale H de la joue et la dimension radiale L du plan de pose sont telles que : L 0,6 Selon un mode de réalisation particulier, la dimension axiale H de la joue et la dimension radiale L du plan de pose sont telles que : L 0,8 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 en perspective par-dessous d'un récipient en matière plastique ; la figure 2 est une en perspective, à échelle agrandie, montrant le fond du récipient de la figure 1 selon un premier exemple de réalisation ; la figure 3 est une section du fond du récipient de la figure 2 ; la figure 4 est un détail de la section du fond, selon l'encart IV de la figure 3 ; la figure 5 est une vue en perspective, analogue à la figure 2, illustrant un deuxième mode de réalisation du fond du récipient ; les figures 6 et 7 sont des vues de détail en coupe, respectivement suivant les pian de coupe VI-VI et VII-VII de la figure 5 ; la figure 8 est une vue en perspective, analogue à la figure 5, illustrant une variante de réalisation du fond du récipient ; - les figures 9 et 10 sont des vues de détail en coupe, respectivement suivant les plan de coupe IX-IX et X-X de la figure 8 ; S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD la figure 11 est une vue en perspective, analogue à la figure 5, illustrant une autre variante de réalisation du fond du récipient ; - les figures 12 et 13 sont des vues de détail en coupe, respectivement suivant les plan de coupe XII-XII et X111-XIII de la figure 11. Sur la figure 1 est représenté un récipient 1 réalisé par étirage soufflage à partir d'une préforme en matière thermoplastique telle que du PET (polyéthylène téréphtalate). Ce récipient 1 comprend, à une extrémité supérieure, un col 2 fileté, muni d'un buvant 3. Dans le prolongement du col 2, le récipient 1 comprend, dans sa partie supérieure, une épaule 4 allant en s'évasant dans la direction opposée au col 2, cette épaule 4 étant prolongée par une paroi latérale ou corps 5, de forme généralement cylindrique de révolution autour d'un axe X principal du récipient 1. Le récipient 1 comprend en outre un fond 6 qui s'étend à une extrémité inférieure du récipient 1. Comme cela est visible sur les dessins, le fond 6 comprend une assise 7 sous forme d'un bourrelet annulaire mince qui s'étend sensiblement axialement dans le prolongement du corps 5. L'assise 7 se termine par une face continue et annulaire qui forme l'extrémité inférieure du récipient 1 et définit un plan 8 de pose perpendiculaire à l'axe du récipient 1, par lequel celui-ci peut reposer de manière stable sur une surface S plane (figure 3). Le plan 8 de pose s'étend radialement sur une largeur L et se raccorde vers l'extérieur à une face 9 latérale externe de l'assise 7 (qui s'étend dans le prolongement du corps) par un congé 10 extérieur à faible rayon, c'est-à-dire de l'ordre du millimètre. Vers l'intérieur du récipient 1, l'assise 7 comprend une joue Il annulaire qui s'étend axialement vers l'intérieur du récipient 1 dans le prolongement du plan 8 de pose, sensiblement à angle droit par rapport à celui-ci. Le plan 8 de pose se raccorde vers l'intérieur à la joue 11 par un congé 12 intérieur de préférence à faible rayon de courbure - inférieur 35 ou égal à 1 mm environ. Le fond 6 comprend en outre une voûte 13 concave (à concavité tournée vers l'extérieur du récipient 1 en l'absence de contrainte, c'est- S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD à-dire en l'absence de contenu dans le récipient 1), qui s'étend dans le prolongement de la joue 11 jusqu'à une zone 14 centrale du fond 6. Comme cela est visible sur la figure 3, la voûte 13 est peu profonde, et sa courbure peu prononcée. L'angle Al maximal de sa tangente avec un plan perpendiculaire à l'axe X du récipient 1 (mesuré en l'occurrence sur un bord externe de la voûte 13) est faible - inférieur ou égal à 21° environ. Dans la zone 14 centrale, le fond 6 comprend, dans le prolongement de la voûte 13, un pion 15 central qui s'étend axialement en saillie vers l'intérieur du récipient 1. Comme cela apparaît sur les dessins, la voûte 13 n'est pas raccordée à la joue 11 directement, mais par l'intermédiaire d'une face 16 de jonction de forme générale tronconique de révolution autour de l'axe X du récipient 1, dont l'angle A2 avec un plan perpendiculaire à l'axe X du récipient 1 est compris entre 31° et 70°. La joue 11 s'étend axialement sur une hauteur H dont le rapport à la largeur L du plan 8 de pose est compris entre 0,6 et 1,5 : L 0,6 Il en résulte pour le récipient 1, d'une part, une bonne rigidité et une bonne stabilité tant lors du remplissage que lors de sa palettisation et, d'autre part, une bonne soufflabilité. Des essais ont démontré que la rigidité du fond 6 est optimale lorsque la joue 11 et le plan 8 de pose présentent des dimensions, respectivement axiale et radiale, similaires, comme cela est évoqué ci- dessus. S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD De fait, la rigidité est la meilleure lorsque ces dimensions sont sensiblement égales, mais les performances octroyées par un rapport L sur H compris entre 0,6 et 1,5 sont bonnes. Par ailleurs, l'assise 7 large, dont le diamètre du plan 8 de pose est sensiblement égal à celui du corps 5 au voisinage du fond 6, combinée au faible rayon du congé 10 extérieur, procure au récipient 1 une meilleure stabilité qu'une assise classique dont le diamètre du plan de pose est sensiblement inférieur au diamètre du corps, et dont le congé à fort rayon favorise le roulement du fond. Le récipient 1 peut être fabriqué par étirage soufflage à partir d'une préforme en matière plastique tel que PET. Pour la formation du fond 6, on a avantage à recourir à une opération de boxage. On décrit à présent plus en détail divers modes de réalisation particuliers, qui présentent tous les caractéristiques décrites ci-dessus, mais diffèrent selon la géométrie de la voûte et/ou de l'assise. Dans un premier mode de réalisation, illustré sur les figures 2, 3 et 4, on voit que la voûte 13 est lisse et se présente sous la forme d'une calotte sphérique. Le rapport L/H est d'environ 0,68 : L H0,68 La face 16 de jonction est lisse, et se limite à un tronc de cône dont l'angle A2 est relativement prononcé, sa valeur étant d'environ 65°, conférant ainsi au voisinage de l'assise 7 une bonne rigidité structurelle. La relative simplicité de forme du fond 6 lui confère une bonne soufflabilité, ce qui permet de souffler le récipient 1 à une pression modérée, inférieure ou égale à 25 bars environ. Dans un deuxième mode de réalisation, illustré sur les figures 5 à 13, la voûte 13 est munie d'une série de raidisseurs 17 sous forme de branches en saillie qui s'étendent radialement depuis la zone 14 centrale du fond 6 jusqu'à la joue 11, et qui forment ensemble un motif étoilé. Dans ce mode de réalisation, les raidisseurs 17 se raccordent à la zone 14 centrale du fond 6 par une extrémité 18 radiale interne et se raccordent à la joue 11 par une extrémité 19 radiale externe. Dans les exemples illustrés, les raidisseurs 17 sont au nombre de 8, mais ce S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD nombre est fourni à titre d'exemple et pourrait être différent. Plus précisément, ce nombre peut être compris entre 4 et 12 ; à des fins de tenue mécanique, il est de préférence compris entre 6 et 10. De même, la hauteur, la largeur et la forme des raidisseurs 17 peut varier selon les applications. Les raidisseurs 17 peuvent être droits ou arqués en forme de Y pointant soit vers le centre soit à l'inverse vers la périphérie du fond, ou encore en forme de X. Dans les exemples illustrés, les raidisseurs 17 présentent un profil en Y inversé, et possèdent, sur la moitié de leur longueur environ, une portion 20 interne droite en I, de largeur sensiblement constante, qui se prolonge par une portion 21 externe en V inversé, qui va en s'élargissant depuis la portion 20 interne vers l'extrémité 19 externe. Dans les interstices entre les raidisseurs 17, la voûte 13 définit des panneaux 22 renfoncés dont le profil est complémentaire de celui des raidisseurs 17. Chaque raidisseur 17 présente une face 23 inférieure, concave, qui s'étend dans le prolongement de la surface de la zone 14 centrale et deux bords 24 latéraux qui forment des congés 25, 26 de raccordement de la face 23 inférieure avec les panneaux 22 renfoncés. Comme cela est bien visible sur les figures 5, 8, et 11, les bords 24 sont à double rayon, et comprennent un premier congé 25 à profil convexe, qui affleure la face 23 inférieure, suivi d'un deuxième congé 26 à profil concave, qui affleure le panneau 22. La zone 14 centrale du fond 6 est réduite au pion 15, qui sur son pourtour délimite les extrémités 18 internes des raidisseurs 17. Comme cela est visible sur la figure 14, le pion 15 présente un profil étoilé, les extrémités 18 internes des raidisseurs 17 étant amincies tout en étant biseautées. Comme cela est visible sur les figures 5, 8 et 11, afin d'améliorer la soufflabilité du fond 6, des congés 27 sont prévus aux extrémités 19 externes des raidisseurs, pour assurer leur raccordement avec la face 16 de jonction, d'une part, et avec la joue 11, d'autre part. Le rapport L/H est sensiblement égal à 1 L H 1 En outre, le fond 6 est renforcé au moyen d'une série périphérique de galbes 28 formés chacun en saillie radiale vers l'intérieur, sur la S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD face 16 de jonction entre la joue 11 et la voûte 13, entre les extrémités 19 externes de deux raidisseurs 17 adjacents. Les galbes 28 sont convexes en direction de l'axe X du récipient 1 et inversent localement la courbure de la face 16. Les galbes 28 ont également pour effet de modifier localement l'ouverture angulaire A2 de la face 16. Comme cela est visible sur les figures 5, 8 et 11, chaque galbe 28 présente un contour sensiblement trapézoïdal, et comprend : - un bord 29 intérieur arqué qui s'étend en saillie par rapport à la face 16 en direction de l'axe X, et déborde sur la voûte 13 (plus précisément sur le panneau 22) ; - un bord 30 exterieur qui s'étend à la limite entre la joue 11 et la face 16 (dans les exemples de réalisation des figures 5 et 8) ou déborde sur la joue (dans l'exemple de réalisation de la figure 11) ; le bord 30 extérieur peut être droit (figure 5) ou arqué vers l'extérieur du récipient 1 (figures 8 et 11) ; - deux bords 31 latéraux non parallèles qui s'étendent dans une direction sensiblement radiale au-travers de la face 16 et vont en s'écartant l'un de l'autre, soit de l'extérieur vers l'intérieur du récipient 1 (dans les exemples de réalisation des figures 5 et 8), soit à l'inverse de l'intérieur vers l'extérieur (dans l'exemple de réalisation de la figure 11). Dans l'exemple de réalisation des figures 5, 6 et 7, les deux bords 31 latéraux vont en s'écartant l'un de l'autre vers l'intérieur du récipient 1, et forment un angle voisin de 90°. Comme cela est visible par comparaison des sections des figures 6 et 7, le galbe 28 a pour effet de diminuer assez fortement l'ouverture angulaire A2 de la face 16 : d'environ 45° à l'extérieur du galbe 28 (figure 6), l'angle A2 est d'environ 35° dans un plan radial médian au galbe 28 (correspondant au plan de coupe VII-VII). Dans une variante, illustrée sur les figures 8, 9 et 10, les bords 31 latéraux vont en s'écartant l'un de l'autre vers l'intérieur du récipient 1 et forment un angle fermé, inférieur à 45°(en l'occurrence d'environ 31 °). Comme cela est visible sur la figure 8, le bord 30 extérieur, arqué vers l'extérieur du récipient 1, déborde (au moins) partiellement sur la joue 11. Comme cela est en outre visible par comparaison des sections des figures 9 et 10, le galbe 28 a pour effet de diminuer assez faiblement S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré TQD l'ouverture angulaire A2 de la face 16 : d'environ 45° à l'extérieur du galbe 28 (figure 9), l'angle A2 est d'environ 40° dans un plan radial médian au galbe 28 (correspondant au plan de coupe X-X). Dans une autre variante, illustrée sur les figures 11, 12 et 13, les bords 31 latéraux vont en s'écartant l'un de l'autre vers l'extérieur du récipient 1, et forment un angle voisin de 60°. On voit sur la figure 11 que le bord 31 extérieur du galbe 28 s'étend presque entièrement sur la joue 11. Par ailleurs, comme cela est visible sur les figures 11 et 13, le galbe 28 présente, le long de son bord 31 extérieur, un décrochement 32, de sorte que le galbe 28 a pour effet d'augmenter assez fortement l'ouverture angulaire A2 de la face 16 : d'environ 45° à l'extérieur du galbe (figure 12), l'angle A2 est d'environ 55° dans un plan médian au galbe 28 (correspondant au plan de coupe XIII-XIII). Dans ce deuxième mode de réalisation, la présence des raidisseurs 17 accroît la rigidité de la voûte 13, et diminue le risque d'affaissement du fond 6 sous l'effet d'une charge telle que celle auxquelles sont soumis les récipients palettisés. En outre, les raidisseurs 17, de par leur forme, agissent à la manière de jambes de force, assurant une reprise radiale des efforts axiaux exercés sur la voûte 13 par la pression hydrostatique du contenu du récipient 1. Les raidisseurs 17 prenant appui contre la joue 11 à leurs extrémités, la reprise radiale des efforts se traduit par une contrainte radiale centrifuge permanente exercée par les raidisseurs 17 sur l'assise 7 via la joue 11, ce qui contribue à rigidifier l'assise 7, en empêchant notamment son ovalisation. Les galbes 28 ont quant à eux deux fonctions principales. Une première fonction des galbes 28 est d'accroître la rigidité du fond à la jonction entre la voûte 13 et l'assise 7 entre les raidisseurs 17 ; une deuxième fonction est de compenser la dégradation de la soufflabilité du fond 6 en raison de la présence des raidisseurs 17. En effet, lors du moulage du fond 6, la matière atteint en premier les empreintes correspondant aux bords latéraux 24 des raidisseurs 17, où elle a tendance à se figer localement avant d'atteindre l'assise 7. Il en résulte, lors de la prise d'empreinte du fond, une tension de la matière entre les raidisseurs 17, au niveau de la face 16 de jonction et de l'assise 7. La présence des galbes 28 facilite, grâce à l'inversion S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD locale de la courbure de la face 16 de jonction et du décalage généré par le décrochement 32, la prise d'empreinte de la matière entre les raidisseurs 17, tant au niveau de la face 16 que de l'assise 7. De la sorte, la pression de soufflage peut être maintenue à une valeur inférieure à 28 bars, et en pratique comprise entre 20 bars et 28 bars. S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD REVENDICATIONS1. Récipient (1) en matière plastique, muni d'un corps (5) et d'un fond (6) s'étendant à une extrémité inférieure du corps (5), le fond (6) 5 comprenant : Une assise (7) annulaire s'étendant sensiblement dans le prolongement du corps (5) et définissant un plan (8) de pose et une joue (11) annulaire interne sensiblement perpendiculaire au plan de pose ; 10 Une voûte (13) concave qui s'étend à partir d'une zone voisine de l'assise (7) vers une zone (14) centrale ; caractérisé en ce que la dimension axiale H de la joue et la dimension radiale L du plan de pose sont telles que : L 0,6 2. Récipient (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 dimension axiale H de la joue et la dimension radiale L du plan de pose sont telles que : L 0,8 3. Récipient (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la dimension (H) axiale de la joue '(11) et la dimension (L) radiale du plan (8) de pose sont sensiblement égales. 20 4. Récipient selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend : - une série de raidisseurs (17) qui s'étendent radialement depuis la zone (14) centrale jusqu'à l'assise (7) ; - une face (16) de jonction entre la voûte (13) et la joue (11) ; 25 - une série périphérique de galbes (28) faisant saillie depuis la face (16) de jonction vers l'intérieur, entre les raidisseurs (17). 5. Récipient selon la revendication 4, caractérisé en ce que la face (16) de jonction est tronconique et présente une ouverture angulaire (A2) prédéterminée. 30 6. Récipient selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque galbe (28) modifie localement l'ouverture angulaire (A2) de la face (16) de jonction. S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD 7. Récipient selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque galbe (28) diminue localement l'ouverture angulaire (A2) de la face (16) de jonction. 8. Récipient selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque galbe (28) augmente localement l'ouverture angulaire (A2) de la face (16) de jonction. 9. Récipient selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que chaque galbe (28) présente un bord (29) interne arqué qui déborde sur la voûte (13). 10. Récipient selon l'une de revendications 4 à 9, caractérisé en ce que chaque galbe (28) présente des bords (31) latéraux non parallèles. S001 B079 FR - B0621 - Fond boxé carré_TQD