Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention a trait à un procédé de fabri-
cation de corps creux en téréphthalate de polyéthylèneglycol
ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention a également trait aux corps creux obtenus par ce
procédé.
Ces corps creux peuvent être notamment, mais non
exclusivement des flacons, des bouteilles ou autres récipients
destinés à contenir des liquides, notamment sous pression.
On sait depuis longtemps fabriquer des corps creux
en matière thermoplastique par des procédés de soufflage. Ces
procédés consistent à réaliser tout d'abord une paraison, par
exemple par extrusion ou injection dans un moule, puis, après
avoix introduit la paraison à température convenable dans un
moule de soufflage en deux ou plusieurs parties, à provoquer
l'expansion par soufflage d'un fluide tel que de l'air comprimé
à l'intérieur du moule de soufflage. Souvent, l'expansion par
soufflage est précédée d'un étirage destiné à allonger préalable-
ment la paraison.
Il est par ailleurs connu depuis longtemps de réaliser
l'expansion des corps creux de facon à atteindre un état de la
matière dit état bi-orienté, état qui se traduit par un amélio-
ration sensible des performances mécaniques de la matière et
en général également par une plus grande stabilité.
Pour réaliser des corps ayant de hautes performances,
notamment mécaniques,pour un poids minime, par exemple des corps
creux destinés à contenir des liquides sous pression tels que
des bières ou des sodas, il a été prévu depuis un certain temps
d'utiliser des polyesters et notamment le téréphthalate de poly-
éthylèneglycol. Ces matériaux sont cependant assez difficiles
à travailler et il a été nécessaire de mettre au point desprocé-
cédés particuliers.
En ce qui concerne le téréphthalate de polyéthylène-
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glycol qui sera désigné ci-après par l'abréviation PTE les
procédés qui ont donné satisfaction consistent à réaliser une
paraison ou ébauche amorphe, c'est-à-dire refroidie suffisam-
ment vite pour éviter l'apparition d'un taux de cristallisa-
tion substantiel, puis après avoir réchauffé cette ébauche à
une température proche et de préférence supérieure à la tempé-
rature de transition vitreuse, à assurer l'expansion et le
soufflage à un taux suffisant pour provoquer, dans certaines
parties au moins, un état bi-orienté. De préférence le corps
creux est ensuite soumis à une opération de thermostabilisation
par élévation de la température pour relâcher un certain résidu
de contraintes.
La déposante a perfectionné ce procédé en prévoyant
de réaliser, à partir de la paraison, une préforme ayant déjà
subi une certaine expansion radiale et éventuellement axiale, ;
cette préforme étant également maintenue à l'état amorphe pour
etre ensuite expansée de façon définitive. Il est ainsi possible
de mieux contrôler les échanges de température et notàmment le
maintien de la matière à l'état amorphe et d'adapter facilement
l'ensemble du procédé aux différentes contraintes notamment
géométriques imposées par les formes particulières des corps
creux que l'on désire réaliser.
Il a également déjà été proposé de réaliser des corps
creux en PTE à partir d'ébauches d'abord sensiblement amorphes
qui sont soufflées à une température supérieure à la température
de cristallisation pour être étirées bi-axialement et cristal-
lisées. On obtient cependant par ce procédé des corps creux
opaques fortement cristallisés qui ne donnent pas satisfaction
pour les usages envisagés.
La nécessité de passer par une ébauche ou paraison
amorphe, c'est-à-dire de réaliser un refroidissement suffisam-
ment rapide au moment de la formation de la paraison pour éviter
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sa cristallisation, nécessite un certain nombre d'opérations et
rallonge la durée de fabrication.
L'invention se propose de remédier à cet inconvénient
pour fournir un procédé qui permet de fabriquer facilement et à
grande vitesse des corps creux en PTE qui présentent finalement
une structure bi-orientée, transparente et dotée d'excellentes
propriétés de résistance mécanique, notamment à la pression in-
terne.
L'invention, telle que ~evendiquée, vise un procédé
pour fabriquer des corps creux transparents en téréphtalate de
polyéthylèneglycol, comprenant les étapes consistant à: injecter
une paraison ou ébauche tubulaire chaude autour d'un mandrin
refroidi dans un premier moule, refroidir rapidement l'ébauche à
une température inférieure ou égale à la température de cristalli-
sation de la ~atière et supérieure à sa température de transition
vitreuse, sou~ettre ladite ébauche maintenue seulement par ledit
mandrin à une expansion radiale et/ou axiale de faible amplitude,
séparer complètement ladite ébauche dudit mandrin, et, introduire
ladite ébauche dans un second moule et la soumettre à une expansion
rapide axiale et/ou radiale à un taux suffisant pour obtenir une
bi-orientation et un figeage avant cristallisation substantielle
de la matière.
La température de la matière au moment de la bi-orien-
tation est de préférence supérieure à 60 ou 70C au-dessous
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de la température de cristallisation mais elle peut éventuelle-
ment être plus basse. Pour une température de cristallisation
de l'ordre de 180 la température est de préférence supérieure
à 120 ou 130. En fait, il est préférable que la température
soit la plus élevée possible et elle peut être très proche de ' ;
la température de cristallisation mais dans ce cas le procédé
doit être mis en oeuvre avec rapidité particulière.
, L'invention présente de nombreux avantages. Outre,
l'amélioration des cadences il est possible de supprimer des
postes de conditionnement thermique et de réchauffage qui sont
usuels dans les dispositifs connus.
En outre, du fait du procédé de l'invention il existe
une cristallisation débutante au moment de la bi-orientation et ;;
les cristaux réalisent ainsi des noeuds de fixation à partir
desquels l'étirage peut se faire. Par ailleurs, et de fac,on
surprenante il existe moins de contraintes élastiques libérales
après la bi-orientation et lorsque l'on désire assurer une
thermofixation du corps creux après soufflage cette thermofixa-
tion s',effectue plus facilement.
Enfin, les corps creux obtenus selon l'invention
présentent des avantages intéressants du point de vue mécanique
et physicochimique liés probablement ~ leur taux de cristallinité
réel mais encore faible qui permet d'ajouter aux qualités connues
des corps creux amorphes antérieurs telles que la transparence,
la résistance 3 la chute, d'autres qualités inhérentes à l'état
cristallin, par exemple l'intertie chimique.
Le taux d'élongation de la matière, dans chacune des
directions, est au moins égal à l,S et de préférence supérieure
à 2,5. Bien entendu, il est possible suivant le cas soit de
réaliser une bi-orientation quasi complète de la totalité du
corps creux, soit de ne bi-orienter qu'une partie de celui-ci
par exemple le corps en laissant le col ~ l'état non bi-orienté.
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Dans tous les cas, le procédé selon l'invention doit
être mis en oeuvre de façon particulièrement rapide pour éviter
toute cristallisation substantielle de la matière, la vitesse
de cristallisation étant d'autant plus rapide que l'on est plus
proche de la température de cristallisation.
De préférence, la durée séparant la réalisation de
l'ébauche chaude d'avec l'opération de bi-orientation est de
préférence inférieure à 30 secondes, par exemple de 10 à 12
secondes.
En conséquence, il est avantageux de réaliser le
soufflage définitif dans un moule à parois froides pour obtenir
à la fin de l'expansion, ou même en cours d'expansion, une tem-
p~rature suffisamment basse évitant toute cristallisation ul-
térieure.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à
titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé
qui représente schématiquement un dispositif pour la mise en ~~
oeuvre de l'invention.
EXEMPLE 1
On utilise un téréphthalate de polyéthylèneglycol
ayant une température de fusion de 257C, une température de
cristallisation de 176C et une température de transition vi-
treuse de 57C.
A l'aide d'un dispositif d'injection classique on
réalise dans un moule d'injection autour d'un noyau ou poinçon
refroidi une ébauche tubulaire avec un fond fermé. La tempéra-
ture de la matière plastique à l'injection est comprise entre
280 et 300C.
La durée de maintien de l'ébauche dans le moule est
telle que lors d~ l'ouverture du moule la matière est à une tem-
pérature comprise entre 140 et 150C.
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.. . . ..
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Le poinçon est alors déplacé pour se diriger vers un
poste de décollage où`on souffle un fluide tel que de l'air
comprimé par le poinçon et l'on réalise une légère expansion
radiale de l'ébauche qui reste cependant maintenue solidaire du
poinçon par son col.
Au moment où l'ébauche arrive dans le moule de souf-
flage elle est à une température comprise entre 120 et 130.
On assure alors un étirage axial ~avec un taux d'allongement de
2,5 grâce à une tige coulissant à l'intérieur du poin,con et en-
traînant avec elle le fond de llébauche, d'une fa,con en soiconnue, Immédiatement après ou simultanément, a lieu le souf-
flage proprement dit, l'ébauche étant déformée jusqu'à épouser
la forme définitive de l'empreinte. A la fin du soufflage, la
température du corps creux est inférieure à la température de
transition vitreuse. Enfin dans un quatrième poste le poincon,
qui ne porte plus le corps creux voit sa température ramenée à
une valeur faible, par exemple 30. : .
On obtient ainsi un corps creux transparent avec un
faible taux de cristallinité ~et l'expérience montre que les con-
traintes élastiques résiduelles sont relativement faibles desorte qu'une opération éventuelle de thermofixage s'en trouve
simplifiée.
A titre d'exemple la durée de cycle peut être la
suivante pour une ébauche ayant 3,6 mm d'épaisseur.
I) Dur~e d'injection dans le moule d'injection 4 secondes
Variation de température ..,,,,,,.. 300 à 280
~e~roidissement et maintien au 8 secondes
poste d'injection ,
Variation de température ............ 280 à 150
Transfert ..... ,............... ,,,,,,,,,,,, 2 secondes
Variation de température .,,,,....... 150 à 145
II) Décollage et conditionnement thermique .... 10 secondes
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Variation de température.~........... 130 à 125
Transfert ............... ~............................ 2 secondes
III) Etirage soufflage ~ 10 secondes
Variation de température ............ 125 à 30 -`
Durée totale du cycle: 36 secondes.
EXEMPLE 2
Le procédé est mis en oeuvre sur un dispositif à
trois postes, ~ savoir un poste d'injection, un poste d'étirage-
soufflage, un poste de recyclage de poinçons.
On réalise comme dans l'exemple 1 une ébauche injectée
sur un poinçon froid et l'on démoule l'ébauche lorsque sa tempé-
rature est de 180C, légèrement supérieure à la température de
cristallisation.
L'ébauche d'une épaisseur de 2,~ mm, sans décollage
intermédiaire, est immédiatement transférée, sur son poinçon,
dans le poste de bi-orientation par étirage-soufflage. Elle est
étirée et soufflée à une température comprise entre 170 et l80C
I) Durée d'injection dans le moule d'injection.. ..3 secondes
Variation de température ........... ..300 à 280
Refroidissement et maintien au poste
d'injection ................................. ..7 secondes
Variation de température ........... ..280 à 180
Transfert ................................... ..2 secondes
Variation de température ........... ..180 à 170
II) Etirage-soufflage de bi-orientation ......... ..8 secondes
Variation de température ........... ..170 à 30
Durée totale du cycle: 20 secondes
Au poste de recyclage la température des poinçons est
ramenée à 6.
EXEMPLE 3
On utilise un téréphthalate de polyéthylène à haute
viscosité ayant les caractéristiques suivantes:
las7~6i
Température de fusion ...................... 257~
Température de cristallisation ............. 180C
Température de transition vitreuse .......... 57C
Une Extrudeuse délivre une paraison tubulaire à une
température de 285C. Cette paraison est prise en charge dans
une moulerie de préformes et déformée par un fluide compressible
jusqurà épouser la forme de l'empreinte. La durée de cette
étape est de 8 secondes. L'épaisseur d'ébauche est de 2,5 mm.
Elle est démoulée à la température de 170 et transférée par
des moyens connus, au poste de bi-orientation, en 2 secondes.
Ayant une température de 165, elle est alors étirée axialement
par des moyens mécaniques puis soufflée, le tout en 10 secondes.
La durée totale du cycle est de 20 secondes et la température
finale de 30.
Bien entendu les valeurs indiquées dans les exemples
peuvent être différentes suivant les caractéristiques de la
matière utilisée ou les épaisseurs de matériaux, notamment du
fait que les ébauches ou paraisons à paroi plus minces peuvent ~;
être refroidies plus rapidement.
D'une façon générale, on a intérêt à travailler à une
température élevée, très proche de la température de crista3lisa-
tion étant entendu que plus la température est élevée plus le
cycle doit être mené rapidement.
Le procédé selon l'invention peut par exemple être
mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif représenté sur le dessin
dans lequel on voit un équipage 1 rotatif autour d'un axe
vertical 2 avec un pas de 90. Chaque face de l'équipage pré-
sente une batterie de quatre poinçons horizontaux parallèles 3.
Chaque batterie défile successivement, et pas à pas, devant un
poste de moulage 4 comprenant un moule d'injection à quatre em-
preintes et les moyens pour amener la matière plastique dans les
empreintes autour des poinçons. De préférence des moyens de
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refroidissement des poinçons et des empreintes sont prévus.
Les poinçons passent ensuite par un poste décalé de
90, désigné généralement par 5. Lorsqu'ils sont immobilisés à
ce poste, on effectue, par l'intérieur du poinçon, un léger
soufflage de fluide sous pression qui contribue à provoquer un
décollement de la paraison par rapport au poinçon. Ce décolle-
ment est de préférence tel qu'il procure un jeu de l'ordre de
0,6 mm. Par une nouvelle rotation de 90C, les quatre poinçons
sont amenés à un poste de transfert 6 présentant une pluralité
de goulottes 7 et des moyens convenables expulsent les parai-
sons vers les goulottes qui les conduisent directement dans un
poste de moulage 8 comprenant un moule à quatre empreintes 9.
Le moule, dans l'exemple décrit, comporte deux parties présen-
tant chacune quatre demi empreintes, et des moyens de soufflage
par le col. Le soufflage s'effectue selon une technique en
soi connue à la suite de quoi les corps creux définitivement
formés sont démoulés et transférés par des moyens d'évacuation
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Bien entendu, dans des variantes, le moule de souf-
flage, multi-empreinte définitif peut être disposé de façon à
être alimenté directement par les poin~cons, le soufflage défini-
tif se faisant alors à travers les poincons, de même que l'éti-
rage axial qui peut avoir lieu par une tige coulissant, d'une
manière en soi connue, dans un poinçon ou bien par un mouvement
de moule. Cependant, dans ce dernier cas, il est possible de
ne prévoir qu'un seul poinçon au lieu de quatre, à moins d'écarter
ces poinçons suffisamment pour que les moules de soufflage
puissent trouver place.
Bien que l'invention ait été décrite à propos de
formes de réalisation particulières il est bien entendu qu'elle
n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter diverses
modifications de forme ou de matériau sans pour cela s'éloigner
ni de son cadre ni de son esprit.
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