Brevet FR2998877A1 — publié le 20140606

RECIPIENT AYANT UN FOND MUNI D'UNE VOUTE A DOUBLE DECROCHEMENT L'invention a trait à la fabrication des récipients, notamment bouteilles ou pots, obtenus par soufflage ou étirage soufflage à partir de préformes en matière plastique, telle que du polyéthylène téréphtalate (PET). La fabrication par soufflage d'un récipient consiste ordinairement à introduire dans un moule à l'empreinte du récipient une ébauche (une préforme ou un récipient intermédiaire obtenu par présoufflage d'une préforme) préalablement chauffée à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la matière, et à injecter dans l'ébauche un fluide (notamment 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 soufflage (axiale et radiale, respectivement parallèlement et perpendiculairement à l'axe général du récipient) confère au récipient une certaine rigidité structurelle. Le marché dicte cependant une diminution du poids des récipients. L'objectif est double : économique (réduire les coûts) et écologique (réduire l'empreinte environnementale), par réduction de la quantité de matière employée, et réduction des pressions de soufflage. Les exigences du marché en matière de performances mécaniques demeurant cependant les mêmes, les fabricants sont contraints pour rigidifier leurs récipients de recourir à des astuces de fabrication, la biorientation se révélant insuffisante. Un procédé bien connu d'accroissement de la rigidité d'un récipient est la thermofixation, qui consiste à chauffer la paroi du moule pour augmenter par voie thermique le taux de cristallinité. Ce procédé, illustré par le brevet français FR 2 649 035 (Sidel) et son équivalent américain US 5,145,632, est essentiellement employé pour les applications HR (initiales du terme anglais "heat resistant", soit résistant à la chaleur), dans lesquelles le récipient est rempli à chaud. Mais, en raison de son coût et de la réduction de cadence qu'il impose, ce type de procédé ne saurait se généraliser aux applications ordinaires du type eau plate. Pour ces applications, la demande S001 B110 FR - B1250 Version : TQD d'allègement est drastique. A titre d'exemple, les cahiers des charges actuels pour le formage d'une bouteille d'une capacité de 0,5 litre, destinée à accueillir de l'eau plate, imposent de plus en plus fréquemment une masse inférieure ou égale à 10 g, pour une pression de soufflage inférieure ou égale à 20 bar. Dans des conditions normales de remplissage, un tel récipient présente une souplesse de paroi telle qu'il est difficile de le palettiser sans risque d'affaissement de la palette. En effet, compte tenu des contraintes élevées de compression verticale qui s'accumulent sur les récipients des rangées inférieures de la palette, ces récipients présentent un risque élevé de flambage. Il est connu de rigidifier la paroi d'un récipient rempli en mettant celui-ci sous pression, par exemple au moyen d'une goutte d'azote liquide introduite après le remplissage et avant le bouchage, et dont la vaporisation induit une surpression dans le récipient. Cette astuce nécessite toutefois de rigidifier structurellement le fond, sur lequel se concentrent en effet les contraintes. Il est connu de rigidifier le fond au moyen de rainures radiales, cf. par ex. le brevet européen EP 2 133 277 ou la demande de brevet américain équivalente US 2009/308835 (Sidel). Mais la présence de rainures est consommatrice de matière et nécessite une pression de soufflage relativement élevée pour permettre une bonne prise d'empreinte : deux contraintes dont on souhaite précisément s'affranchir. Car il serait en théorie possible accroître la résistance mécanique du fond (notamment sa résistance au retournement) en augmentant la profondeur des rainures ou de la voûte elle-même. Cependant, cette astuce de forme, aussi efficace soit-elle, nécessite à la fois un surcroît de matière, incompatible avec les exigences d'allègement précitées, et une pression de soufflage élevée, incompatible avec les exigences d'économie d'énergie, qui supposent au contraire une diminution de la pression de soufflage nécessaire au formage du récipient. Un premier objectif est d'améliorer les performances mécaniques des récipients à soufflabilité (c'est-à-dire la capacité du récipient à être formé par soufflage) équivalente. S001 B110 FR - B1250 Version : TQD Un deuxième objectif est de proposer un récipient dont la forme optimisée du fond lui confère un bon compromis entre soufflabilité, légèreté et rigidité. Un troisième objectif est de proposer un récipient dont le fond offre une bonne résistance au retournement, et qui, dans des conditions de pression élevée, puisse demeurer stable. A cet effet, il est proposé un récipient en matière plastique, muni d'un corps et d'un fond s'étendant à partir d'une extrémité inférieure du corps, le fond comprenant : une assise périphérique définissant un plan de pose ; une voûte concave qui s'étend à partir d'une zone centrale ; une série de rainures principales de renfort qui s'étendent radialement à partir de la zone centrale jusqu'à l'assise au moins ; la voûte présentant trois régions concentriques, à savoir une région 15 centrale, une région médiane et une région périphérique, séparées respectivement par un décrochement interne axial et un décrochement externe axial qui s'étendent annulairement de manière continue autour de la zone centrale, en sorte que la région centrale se trouve surélevée par rapport à la région médiane, et la région médiane surélevée par 20 rapport à la région périphérique. Grâce à ce double décrochement, le fond présente une résistance accrue au retournement, sans qu'il soit nécessaire d'augmenter la profondeur des rainures ou de la voûte elle-même. Cette amélioration des performances du fond est par conséquent obtenue sans 25 dégradation notable de sa soufflabilité, et sans surcroît notable de matière. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - chaque décrochement présente une hauteur inférieure à 4% d'un 30 diamètre externe du plan de pose ; - chaque décrochement présente une hauteur d'environ 3% du diamètre externe du plan de pose ; - chaque décrochement s'étend sur une hauteur d'environ 1 mm ; - le décrochement interne présente un diamètre compris entre 30% 35 et 40% d'un diamètre externe du plan de pose ; - le diamètre du décrochement interne est d'environ 37% du diamètre du plan de pose ; S001 B110 FR - B1250 Version : TQD - le décrochement externe présente un diamètre compris entre 50% et 60% d'un diamètre externe du plan de pose ; - le diamètre du décrochement externe est d'environ 54% du diamètre du plan de pose ; - les rainures principales de renfort se prolongent radialement au- delà de l'assise ; - le fond comprend une série de rainures intercalaires de renfort, qui s'étendent localement à cheval sur l'assise. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de dessous en perspective d'un récipient en matière plastique ; la figure 2 est une vue en perspective, à échelle agrandie, montrant le fond du récipient de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en plan de dessous montrant le fond du récipient ; la figure 4 est une vue en coupe transversale, en perspective, du fond de la figure 3, selon le plan de coupe IV-IV ; - la figure 5 est une vue en coupe centrale du fond de la figure 3, selon les plans de coupe IV-IV (en trait plein) et V-V (en pointillés). Sur la figure 1 est représenté un récipient 1, en l'occurrence une bouteille, réalisé par étirage soufflage à partir d'une préforme en 25 matière thermoplastique, par exemple en PET (polyéthylène téréphtalate). Ce récipient 1 comprend, à une extrémité supérieure, un col 2, 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 30 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 I. Le récipient 1 comprend en outre un fond 6 qui s'étend à l'opposé du col 2, à partir d'une extrémité inférieure du corps 5. Le fond 6 35 comprend une assise 7 périphérique sous forme d'un bourrelet annulaire qui s'étend sensiblement axialement dans le prolongement du corps 5. L'assise 7 se termine par un plan 8 de pose perpendiculaire à S001 B110 FR - B1250 Version : TQD l'axe X du récipient 1, lequel plan 8 de pose définit l'extrémité inférieure du récipient 1 et lui permet d'être posé, debout, sur une surface plane. On note D le diamètre externe du plan 8 de pose, le terme « diamètre » couvrant non seulement le cas (illustré) où le récipient 1 (et donc le fond 6) est à contour circulaire, mais également le cas où le récipient 1 serait à contour polygonal (par exemple carré), auquel cas le terme « diamètre » désignerait le diamètre du cercle qui s'inscrirait dans ce polygone. Dans l'exemple illustré, correspondant à un récipient d'une capacité de 0,5 litre, ce diamètre D est de 45 mm environ. Vers l'intérieur du récipient 1, l'assise 7 comprend une joue 9 annulaire tronconique qui s'étend vers l'intérieur du récipient 1 dans le prolongement du plan 8 de pose, le tronc de cône formé par la joue 9 s'ouvrant vers le bas (en dépouille) et présentant un angle au sommet d'au moins 70°. Cette joue 9 peut présenter une hauteur comprise entre 1,5 mm et 2,5 mm, par exemple d'environ 2 mm. Le fond 6 comprend en outre une voûte 10 concave, sous forme d'une calotte sensiblement sphérique à concavité tournée vers l'extérieur du récipient 1 en l'absence de contrainte, c'est-à-dire en l'absence de contenu dans le récipient 1. La voûte 10 s'étend à partir de l'assise 7, dans le prolongement de la joue 9, jusqu'à une zone 11 centrale du fond 6 formant un pion en saillie vers l'intérieur du récipient 1, avec en son centre une pastille 12 amorphe qui correspond à la zone d'injection du matériau constitutif de la préforme ayant servi à réaliser le récipient. En pratique, la pastille remplit une fonction de centrage lors du formage du récipient 1 (par soufflage ou étirage soufflage). Comme cela est visible sur les figures, et en particulier sur la figure 2, le fond 6 comprend une série de rainures 13 principales de renfort formées en creux vers l'intérieur du récipient 1, qui s'étendent radialement à partir de la zone 11 centrale, jusqu'à l'assise 7 au moins. Selon un mode préféré de réalisation, illustré sur les figures, les rainures 13 principales de renfort se prolongent radialement au-delà de l'assise 7, remontant latéralement sur une partie inférieure du corps 5. En d'autres termes, les rainures 13 principales s'étendent radialement sur la totalité de la voûte 10, à cheval sur l'assise 7 et partiellement sur le corps 5. On comprend par conséquent que le plan 8 de pose est discontinu, puisqu'interrompu au droit de chaque rainure 13 S001 B110 FR - B1250 Version : TQD principale. Les rainures 13 principales sont par exemple au nombre de cinq (comme dans l'exemple illustré, qui correspond à un récipient d'une capacité de 0,5 litre environ), mais ce nombre pourrait être supérieur, notamment de six dans le cas d'un récipient d'une capacité supérieure ou égale à 1 litre, ou encore de sept dans le cas d'un récipient d'une capacité supérieure ou égale à 2,5 litre. On note H la hauteur (ou profondeur) du fond 6, mesurée entre le plan 8 de pose et la pastille 12 (figure 5). Dans l'exemple illustré, correspondant à un récipient d'une capacité de 0,5 litre, la hauteur H du fond est de 10 mm environ. Selon un mode préféré de réalisation, le fond 6 est en outre pourvu d'une série de rainures 14 intercalaires de renfort, situées entre les rainures 13 principales, et qui s'étendent localement à cheval sur l'assise 7 qu'elles contribuent ainsi à rigidifier. Ainsi que représenté sur les figures 2 et 3, les nervures 14 intercalaires se prolongent vers l'extérieur au-delà de l'assise 7 en remontant latéralement sur une partie inférieure du corps 5, comme les rainures 13 principales. On voit également sur les figures 2 et 3 que les nervures 14 intercalaires chevauchent la joue 9 mais sont interrompues à la périphérie de la voûte 10. Comme on le voit sur les figures, et plus nettement sur les figures 2, 4 et 5, la voûte 10 présente trois régions concentriques, à savoir une région 15 centrale annulaire entourant la zone 11 centrale du fond 6, une région 16 médiane annulaire entourant la région 15 centrale, et une région 17 périphérique annulaire entourant la région 16 médiane et s'étendant jusqu'à la joue 9. Les régions 15, 16, 17 sont agencées en gradins, et sont séparées deux à deux par des décrochements, à savoir un décrochement 18 interne séparant la région 15 centrale et la région 16 médiane, et un décrochement 19 externe séparant la région 16 médiane et la région 17 périphérique. Le décrochement 18 interne s'étend axialement sur une hauteur H1 prédéterminée. De même, le décrochement 19 externe s'étend axialement sur une hauteur H2 prédéterminée. Selon un mode préféré de réalisation, les hauteurs H1 et H2 sont relativement faibles par rapport à la hauteur H du fond et, surtout, par rapport au diamètre D externe du plan de pose : S001 B110 FR - B1250 Version : TQD 0,02 D H1 0,04 D 0,02 D H2 0,04 D Avec, de préférence : H1 0,3 D H2 0,3 D Les décrochements 18, 19 s'étendent tous deux de manière continue, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas interrompus au droit des rainures 13 principales et des rainures 14 intercalaires mais s'étendent jusqu'au fond de celles-ci. Les décrochements 18, 19 s'étendent annulairement de manière concentrique autour de la zone 11 centrale. Dans le mode de réalisation représenté, où le récipient 1 est de forme sensiblement cylindrique de révolution autour de son axe X, les décrochements 18, 19 forment des anneaux à contour circulaire dont on note D1 et 02 les diamètres respectifs. Dans des variantes déjà évoquées, où le récipient 1 présenterait en section transversale un contour polygonal, les décrochements 18, 19 présenteraient également un contour polygonal, homothétique au contour extérieur du récipient 1. D1 et 02 désigneraient alors les diamètres des cercles s'inscrits dans les contours polygonaux des décrochements. Par la présence du décrochement 18 interne, la région 15 centrale, bien qu'ayant un rayon de courbure sensiblement identique à celui de la région 16 médiane, se trouve légèrement surélevée par rapport celle-ci, en étant décalée vers l'intérieur du récipient 1. De même, par la présence du décrochement 19 externe, la région 16 médiane, bien qu'ayant un rayon de courbure sensiblement identique à celui de la région 17 périphérique, se trouve légèrement surélevée par rapport à celle-ci, en étant décalée vers l'intérieur du récipient. Selon un mode de réalisation, le diamètre D1 du décrochement 18 interne est compris entre 30% et 40% du diamètre D externe du plan 8 de pose. Dans l'exemple illustré, le rapport 01/0 est d'environ 37%. Par ailleurs, le diamètre D1 du décrochement 19 externe est de préférence compris entre 50% et 60% du diamètre D externe du plan 8 de pose. Dans l'exemple illustré, le rapport 02/0 est d'environ 54%. Quant aux hauteurs H1 et H2 respectives des décrochements 18 et 19, elles sont sensiblement constantes sur leurs contours, en étant S001 B110 FR - B1250 Version : TQD avantageusement comprises entre 0,8 mm et 1,5 mm. Pour un récipient d'une capacité de 0,5 litre (correspondant, nous l'avons vu, à l'exemple illustré), les hauteurs H1 et H2 sont plutôt comprises entre 0,8 mm et 1 mm, et de préférence d'environ 1 mm. Les décrochements 18, 19 ont pour fonction de maintenir la stabilité du récipient 1 dans des conditions de pression contraignantes, notamment lorsqu'il règne dans le récipient 1 une surpression induite par introduction préalable au bouchage d'une goutte de gaz neutre (notamment de l'azote) destinée à maintenir la rigidité du corps 5. Plus précisément, les décrochements 18, 19 ont pour fonction, par l'introduction dans le fond 6 d'une composante axiale, d'accroître le seuil de pression au-delà duquel le fond 6 est amené à se retourner. La faible hauteur des décrochements 18, 19 se révèle suffisante pour améliorer les performances du fond 6, tout en garantissant pour celui-ci une bonne soufflabilité, au bénéfice de la facilité de formage et des économies de pression. En pratique, à quantité de matière égale, le fond 6 ainsi conçu peut être formé dans les mêmes conditions de pression que celui décrit dans le brevet EP 2 133 277 précité. Le décrochements 18 et 19 s'opposent en effet au retournement complet du fond 6 en induisant une rigidification de la voûte 10 dans sa région médiane, et en limitant la déformation de la voûte 10 de sorte à élargir l'assise 7 vers le centre du fond 6. Au maximum, le fond 6 subit effectivement un affaissement mais de manière contrôlée, la région 17 périphérique (éventuellement doublée de la région 16 médiane) formant alors une assise secondaire par laquelle le récipient 1 peut reposer de manière stable sur une surface support. Un récipient 1 en PET correspondant à la forme illustrée, d'une capacité de 0,5 litre, d'une masse de 9 g, a pu être soufflé sans difficulté à une pression d'air de 19 bars, le récipient 1 final rempli d'eau plate offrant de bonnes performances mécaniques dans les conditions de surpression précitées (ajout d'une goutte d'azote induisant une surpression de 1 bar dans le récipient). Le récipient 1 est suffisamment rigide pour pouvoir être pal ettisé sans risque d'affaissement de la palette. Une augmentation de la hauteur H1 et H2 des décrochements 18, 19 pourrait accroître la rigidité du fond 6, mais induirait parallèlement une diminution de sa soufflabilité au niveau des décrochements 18, 19, S001 B110 FR - B1250 Version : TQD sauf à donner à ceux-ci de la dépouille, ce qui diminuerait alors la rigidité du fond 6. Le récipient 1 muni d'un tel fond 6 présente ainsi un bon compromis entre les performances mécaniques (c'est-à-dire la capacité du récipient 1 à résister aux déformations et, lorsque celles-ci surviennent, à les subir de manière contrôlée) et la soufflabilité (c'est-à-dire la capacité du récipient 1 à être formé par soufflage). S001 B110 FR - B1250 Version : TQD REVENDICATIONS1. Récipient (1) en matière plastique, muni d'un corps (5) et d'un fond (6) s'étendant à partir d'une extrémité inférieure du corps (5), le fond (6) comprenant : une assise (7) périphérique définissant un plan (8) de pose ; une voûte (10) concave qui s'étend à partir d'une zone (11) centrale ; une série de rainures (13) principales de renfort qui s'étendent radialement à partir de la zone (11) centrale jusqu'à l'assise (7) au moins, caractérisé en ce que la voûte (10) présente trois régions concentriques, à savoir une région (15) centrale, une région (16) médiane et une région (17) périphérique, séparées respectivement par un décrochement (18) interne axial et un décrochement (19) externe axial qui s'étendent annulairement de manière continue autour de la zone (11) centrale, en sorte que la région (15) centrale se trouve surélevée par rapport à la région (16) médiane, et la région (16) médiane surélevée par rapport à la région (17) périphérique. 2. Récipient (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque décrochement (18, 19) présente une hauteur (H1, H2) inférieure à 4% d'un diamètre (D) externe du plan (8) de pose. 3. Récipient selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque décrochement (18, 19) présente une hauteur (H1, H2) d'environ 3% du diamètre (D) externe du plan (8) de pose. 4. Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque décrochement (18, 19) s'étend sur une hauteur (H1, H2) d'environ 1 mm. 5. Récipient selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que le décrochement (18) interne présente un diamètre (D1) compris entre 30% et 40% d'un diamètre (D) externe du plan (8) de pose. 6. Récipient (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre du décrochement (18) interne est d'environ 37% du diamètre 35 (D) externe du plan (8) de pose. 7. Récipient selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le décrochement (19) externe présente un S001 B110 FR - B1250 Version : TQDdiamètre (02) compris entre 50% et 60% d'un diamètre (D) externe du plan (8) de pose. 8. Récipient (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le diamètre du décrochement (19) externe est d'environ 54% du diamètre du plan (8) de pose. 9. Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rainures (13) principales de renfort se prolongent radialement au-delà de l'assise (7). 10. Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond (6) comprend une série de rainures (14) intercalaires de renfort, qui s'étendent localement à cheval sur l'assise (7). S001 B110 FR - B1250 Version : TQD