Brevet FR2998206A1 — publié le 20140523

Procédé de fabrication de récipients, comprenant une opération retardée de boxaqe L'invention a trait à la fabrication des récipients par soufflage 5 d'ébauches en matière plastique tel que polyéthylène téréphtalate (PET). Une technique classique de fabrication de récipients est le soufflage (éventuellement doublé d'un étirage). Cette technique consiste à introduire l'ébauche (i.e. une préforme ou un récipient 10 intermédiaire ayant subi une opération de préformage), préalablement chauffée à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la matière (environ 80°C dans le cas du PET), dans un moule muni d'une paroi définissant une cavité à l'empreinte du récipient, et à injecter dans l'ébauche, par le col, un fluide, tel qu'un 15 gaz (généralement de l'air), sous pression pour plaquer la matière contre la paroi du moule. Ordinairement, cette injection de fluide est réalisée en deux étapes, à savoir une première étape (dénommée présoufflage) à basse pression (généralement de 5 à 7 bars environ), suivie d'une deuxième 20 étape (dénommée soufflage) à haute pression (généralement de 20 à 30 bars environ). Pour les applications de remplissage à chaud, nécessitant que le récipient supporte de plus grandes contraintes thermiques, il est connu de réaliser un fond surétiré, destiné soit à absorber la déformation du 25 récipient lors d'un remplissage à chaud, soit à mieux résister aux contraintes thermiques. Pour obtenir un tel fond surétiré, on a habituellement recours à une unité de moulage équipée d'un fond de moule mobile initialement escamoté et déployé en cours de formage pour venir repousser la 30 matière au niveau du fond, comme cela est illustré dans le brevet américain US 6 277 321 (SCHMALBACH-LUBECA). Cette technique, couramment dénommée « boxage », est de mise en oeuvre assez délicate. En effet, un compromis doit être trouvé entre la volonté d'étirer la matière au-delà de sa forme finale afin d'accroître 35 la prise d'empreinte du fond et la nécessité d'éviter que la matière ne fige avant d'avoir acquis sa forme finale. Bien que cette problématique soit explicitement exposée dans document précité, celui-ci reste S001 B109 FR - B1248 -TQD cependant vague quant aux solutions permettant d'y remédier, se contentant de suggérer qu'il est préférable de limiter le délai entre la phase de présoufflage et la remontée du fond de moule. En pratique, la manière dont est conduit le boxage a des conséquences directes sur la qualité et les performances du fond du récipient. La modélisation théorique de la prise d'empreinte du fond, utile au paramétrage de la machine supposé permettre l'obtention de récipients conformes au cahier des charges, se fonde généralement sur l'hypothèse d'une remontée du fond de moule à vitesse constante (modèle linéaire). Le modèle linéaire ne rend toutefois pas correctement compte de la réalité. En effet, compte tenu des variations de pression au sein du récipient, la résistance opposée par celui-ci à la remontée du fond de moule lors du boxage est également variable, ce qui entraîne une variation de la vitesse de déplacement du fond de moule. On constate, dans ces conditions, non seulement que le fond de moule n'achève pas sa course à l'instant prévu par le modèle théorique, mais également que des différences apparaissent d'un moule à l'autre (et donc d'un récipient à l'autre), rendant difficile l'obtention de récipients identiques et conformes à un même cahier des charges. En outre, on notera que, compte tenu de la position initiale abaissée du fond de moule, il existe un risque que de la matière surétirée radialement au-delà des limites du fond du récipient final se trouve pincée (et le cas échéant poinçonnée) lors de la remontée du fond de moule. Les raisons qui viennent d'être exposées incitent, à juste titre, à anticiper le boxage par rapport au soufflage, c'est-à-dire à faire remonter le fond de moule avant d'injecter dans l'ébauche le fluide à haute pression. C'est d'ailleurs ce que préconise le document US 6 277 321 précité - sans toutefois pleinement le justifier. En l'absence, à ce jour, de moyens d'observation directe de l'ébauche au cours du formage, le contrôle de la qualité du récipient obtenu, et la validation (ou la modification) des paramètres programmés dans la machine (notamment pression et débit de soufflage, instant de commande de déplacement du fond de moule), sont réalisés par des S001 B109 FR - B1248 -TQD opérateurs suffisamment qualifiés et expérimentés pour apprécier visuellement et manuellement la qualité des récipients. Toutefois, le contrôle humain, bien que nécessaire, est cependant trop long et subjectif pour permettre une programmation qui soit fiable, rapide et surtout extensible à l'ensemble d'un parc de machine. Les réglages étant à ce jour réalisés au jugé, il demeure souvent nécessaire, pour éviter l'accumulation de récipients non-conformes, de stopper la ligne de production. L'invention vise à perfectionner les techniques de fabrication des récipients avec boxage, notamment pour en faciliter l'automatisation et améliorer la qualité et la constance des récipients. A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'un récipient à partir d'une ébauche en matière plastique, au sein d'un moule muni d'une paroi définissant une cavité à l'empreinte du récipient, et d'un fond de moule mobile par rapport à la paroi entre une position rétractée dans laquelle il s'étend en retrait par rapport à la cavité, et une position déployée dans laquelle il ferme la cavité, ce procédé comprenant : une phase d'introduction de l'ébauche dans le moule ; - une phase de présoufflage comprenant l'injection dans l'ébauche d'un fluide sous pression à une pression dite de présoufflage, une phase de soufflage, consécutive à la phase de présoufflage, et comprenant l'injection dans l'ébauche d'un fluide sous pression à une pression dite de soufflage supérieure à la pression de présoufflage ; une phase de boxage comprenant le déplacement du fond de moule de sa position rétractée vers sa position déployée, cette phase de boxage étant initiée pendant la phase de soufflage après que la pression dans l'ébauche a atteint la pression de soufflage. De la sorte, le déplacement du fond de moule devient indépendant de la pression dans le récipient, puisque celle-ci est sensiblement constante. A consigne de déplacement constante, la vitesse de déplacement du fond de moule est par conséquent constante, de même que l'instant auquel le fond de moule atteint sa fin de course. L'automatisation du procédé est ainsi favorisée sans qu'il soit nécessaire de revoir la modélisation du boxage au moyen de modèles non linéaires, par nature complexes. S001 B109 FR - B1248 -TQD Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : il est prévu une opération de commande d'ouverture d'une électrovanne de boxage à un instant tBi tel que : tBi + AtB > tS3 OÙ : Atg est le temps de réponse de l'électrovanne de boxage, ts3 est l'instant à partir duquel la pression dans l'ébauche a atteint la pression de soufflage ; le fond de moule atteint sa position déployée à un instant tB3 tel que : tB3 G tD2 OÙ tD2 est un instant à partir duquel intervient une dépressurisation au moins partielle de l'ébauche consécutivement à une mise de celle-ci en communication avec l'atmosphère ; la phase de dépressurisation comprend une étape de balayage pendant laquelle sont simultanément ouvertes l'électrovanne de dégazage et une électrovanne de balayage pour l'injection dans le récipient, par une tige d'étirage percée d'ouvertures, de fluide à la pression de soufflage la phase de dépressurisation comprend une opération de commande d'ouverture d'une électrovanne de dégazage pour la mise en communication de l'ébauche avec l'atmosphère, à un instant tiji tel que : tD1 + Ato > tB3 OÙ AtD est le temps de réponse de l'électrovanne de dégazage. la phase de dépressurisation est précédée d'une opération de fermeture d'une électrovanne de soufflage, à un instant ts4, et d'une opération d'ouverture d'une électrovanne de balayage, à un instant tBA1, tels que : tS3 La vitesse d'étirage et le débit d'air sont tels que la tige 15 reste en contact avec le fond 14 de l'ébauche 3 tout au long du présoufflage. S001 B109 FR - B1248 -TQD Lorsque la tige 15 atteint le fond 8 de moule en y plaquant le fond 14 du récipient en formation (figure 2), le fond 8 de moule se trouve toujours dans sa position basse. La pression P1 de présoufflage n'est pas suffisante pour plaquer la matière intimement contre la paroi 4 du moule 1, et il est nécessaire d'injecter dans le récipient 2 en formation une pression P2 de soufflage, supérieure à la pression P1 de présoufflage (en pratique la pression P2 de soufflage est égale ou supérieure à 15 bars, et par exemple de l'ordre de 20 à 30 bars). Il se produit alors une montée brutale de la pression dans l'ébauche 3, jusqu'à ce que cette pression soit égale à la pression P2 de soufflage. Après une durée prédéterminée de maintien de la pression P2 de soufflage dans le récipient 2 ainsi formé, on dépressurise celui-ci en deux étapes. Une première étape consiste à maintenir l'injection dans le récipient 2 de fluide à la pression P2 de soufflage par l'intermédiaire de l'électrovanne de balayage (l'électrovanne de soufflage étant fermée), tandis que le récipient est mis en communication avec l'atmosphère (c'est-à-dire l'air libre). Cette étape, dite de balayage, permet de faire circuler le fluide dans le récipient 2 pour en figer la matière, tout en maintenant celle-ci au contact de la paroi 4 de sorte à la thermofixer. La pression dans le récipient 2 subit une première chute rapide jusqu'à se stabiliser à une valeur P3 intermédiaire entre la pression P1 de présoufflage et la pression P2 de soufflage. Une deuxième étape, dite de dégazage, consiste à stopper l'injection par l'électrovanne de balayage, tout en maintenant la communication du récipient 2 avec l'atmosphère. La pression dans le récipient 2 subit alors une seconde chute rapide jusqu'à atteindre la pression atmosphérique. Une opération de remontée du fond 8 de moule, dénommée boxage, est initiée pendant l'opération de soufflage, de manière à conférer à la matière du fond 14 un léger surétirage favorable à l'orientation des molécules (et donc à la rigidité) et à la prise d'empreinte sur la surface 9 supérieure du fond 8 de moule. On a représenté sur la figure 4 les courbes représentant, en fonction du temps, noté t : S001 B109 FR - B1248 -TQD en haut, la position axiale (ou hauteur, notée H) du fond 8 de moule, au milieu, la pression, notée P, régnant dans l'ébauche 3 (ou le récipient 2) en cours de formage ; en bas, les chronogrammes d'électrovannes de commande des phases de présoufflage (Présouffl.), de soufflage (Souffl.), de balayage (Balay.), de boxage - c'est-à-dire de déplacement du fond 8 de moule (FDM) - et de dégazage (Dégaz.). Les courbes sont synchronisées sur l'axe de temps qui leur est commun, les traits pointillés verticaux permettant d'effectuer une mise en correspondance des courbes à certains instants choisis. La commande d'ouverture de l'électrovanne de présoufflage est donnée à un instant tp1 dénommé « top départ présoufflage ». L'électrovanne de présoufflage étant affectée d'un temps de réponse 44, la pression P régnant dans le récipient 2 subit une montée à partir d'un instant tp2 dénommé « départ réel présoufflage » tel que : tp2 = tp1 + De même, la commande d'ouverture de l'électrovanne de soufflage est donnée à un instant ts1 dénommé « top départ soufflage ». L'électrovanne de soufflage étant affectée d'un temps de réponse Ats, la pression P régnant dans le récipient 2 subit une inflexion (croissance subite) à un instant ts2 dénommé « départ réel soufflage » tel que : ts2 = ts1 + Ats. La pression P dans l'ébauche croît rapidement, à partir de l'instant ts2 (où la pression P est environ égale à la valeur de la pression P1 de présoufflage), jusqu'à atteindre la valeur de la pression P2 de soufflage, qui correspond à la valeur maximale de la pression régnant dans le récipient pendant toute la durée du formage. On note ts3 l'instant où la pression P atteint la valeur de la pression P2 de soufflage, c'est-à-dire l'instant à partir duquel la valeur de la pression P cesse de croître. La commande d'ouverture de l'électrovanne de boxage commandant le déplacement du fond 8 de moule est donnée à un instant tBl dénommé « top départ boxage ». L'électrovanne de boxage étant affectée d'un temps de réponse AtB, le déplacement du fond 8 de moule à partir de sa position basse démarre à un instant tB2 dénommé « départ réel boxage » tel que : S001 B109 FR - B1248 - TQD tB2 = tB1 AtB. Comme nous l'avons déjà indiqué, et comme cela est visible sur la figure 4, le boxage est initié pendant le soufflage, après que la pression P dans l'ébauche 3 a atteint son maximum, c'est-à-dire la pression P2 de soufflage. En d'autres termes, on souhaite faire en sorte que le départ réel boxage tB2 soit postérieur à l'instant ts3 où la pression P dans l'ébauche 3 a atteint son maximum, soit : tB2 > tS3- Bien que cela soit envisageable, il n'est pas nécessairement satisfaisant de commander le top départ boxage tB2 après l'instant ts3 où la pression P dans l'ébauche 3 atteint son maximum. Il est en effet préférable, pour effectuer un réglage fin, de tenir compte du temps AtB de réponse de l'électrovanne de boxage, qui est une donnée non réglable mais connue et fixe (à la dérive de ce temps AtB de réponse près, que l'on peut compenser). Ainsi, compte tenu de ce qui précède, pour initier le boxage après l'instant ts3, il suffit de régler le top départ boxage tBl de manière que : tBi + OtB > tS3 On note tD2 l'instant de début de la phase de dépressurisation de l'ébauche 3, lors de laquelle celle-ci est mise en communication avec l'atmosphère. Cet instant tD2 inaugure d'étape de balayage, lors de laquelle la mise à l'air libre et l'injection de fluide sous pression de soufflage via l'électrovanne de balayage assurent une circulation de fluide dans le récipient 2, favorable à son refroidissement et à sa prise d'empreinte tant sur son corps 13 que sur son fond 14. Auparavant, comme illustré sur la figure 4, le soufflage a été arrêté par fermeture de l'électrovanne de soufflage à l'instant tS4. On note ts4 l'instant auquel est commandée la fermeture de l'électrovanne de soufflage, et ts5 l'instant auquel l'électrovanne de soufflage est effectivement fermée après sa commande de fermeture : ts5 = tS4 On note par ailleurs tDi l'instant auquel est commandée l'ouverture de l'électrovanne de dégazage pour la mise en communication du récipient avec l'atmosphère. L'électrovanne de dégazage étant affectée d'un temps de réponse AtD, on commande l'électrovanne de dégazage S001 B109 FR - B1248 -TQD pour que l'instant, noté tD2, auquel débute la dépressurisation dans le récipient, soit postérieur à l'instant tS5 tD2 > tS5 Lorsque le balayage est mis en oeuvre, la commande de l'électrovanne de balayage (affectée d'un temps de réponse AtBA), est mise en oeuvre à un instant tBA1 tel que l'ouverture de l'électrovanne de balayage soit effective à un instant tBA2 (où tBA2 = tBA1 AtBA) certes postérieur à l'instant tS3, mais antérieur à l'instant ts5, de sorte à maintenir la pression dans le récipient avant que ne soit initiée la dépressurisation : tS3 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un récipient (2) à partir d'une ébauche (3) en matière plastique, au sein d'un moule (1) muni d'une paroi (4) définissant une cavité (5) à l'empreinte du récipient (2), et d'un fond (8) de moule mobile par rapport à la paroi entre une position rétractée dans laquelle il s'étend en retrait par rapport à la cavité (5), et une position déployée dans laquelle il ferme la cavité (5), ce procédé comprenant : une phase d'introduction de l'ébauche (3) dans le moule ; une phase de présoufflage comprenant l'injection dans l'ébauche (3) d'un fluide sous pression à une pression dite de présoufflage, une phase de soufflage, consécutive à la phase de présoufflage, et comprenant l'injection dans l'ébauche (3) d'un fluide sous pression à une pression dite de soufflage supérieure à la pression de présoufflage ; une phase de boxage comprenant le déplacement du fond (8) de moule de sa position rétractée vers sa position déployée ; ce procédé étant caractérisé en ce que la phase de boxage (3) est 20 initiée pendant la phase de soufflage après que la pression dans l'ébauche (3) a atteint la pression de soufflage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de commande d'ouverture d'une électrovanne de boxage pour le déplacement du fond (8) de moule, à un instant tBi 25 tel que : + OtB > tS3 où : AtB est le temps de réponse de l'électrovanne de boxage, ts3 est l'instant à partir duquel la pression dans l'ébauche (3) a atteint 30 la pression de soufflage. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la phase de boxage est conduite de telle sorte que le fond (8) de moule atteint sa position déployée à un instant tB3 tel que : tB3 tD2 35 où tD2 est un instant à partir duquel débute une phase de dépressurisation au moins partielle de l'ébauche (3) consécutive à une mise de celle-ci en communication avec l'atmosphère. S001 B109 FR- B1248 -TQD 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce la phase de dépressurisation comprend une opération de commande d'ouverture d'une électrovanne de dégazage pour la mise en communication de l'ébauche (3) avec l'atmosphère, à un instant tiji tel que : tD1 + Ato > tB3 OÙ Atij est le temps de réponse de l'électrovanne de dégazage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la phase de dépressurisation comprend une étape de balayage pendant laquelle sont simultanément ouvertes l'électrovanne de dégazage et une électrovanne de balayage pour l'injection dans le récipient, par une tige d'étirage percée d'ouvertures, de fluide à la pression de soufflage. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la phase de dépressurisation est précédée d'une opération de fermeture d'une électrovanne de soufflage, à un instant ts4, et d'une opération d'ouverture d'une électrovanne de balayage, à un instant tBA1, tels que : tS3 7. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la phase de dépressurisation comprend une étape de dégazage pendant laquelle l'électrovanne de dégazage demeure ouverte tandis que l'électrovanne de balayage est fermée. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la phase de boxage se termine par le retrait du fond (8) de moule depuis sa position haute vers sa position basse, initié à la fin de l'étape de dégazage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le retrait du fond (8) de moule est initié en même temps ou après qu'est initiée l'étape de dégazage. S001 B109 FR - B1248 -TQD