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CA 02647840 2008-09-29
WO 2007/119139
PCT/1B2007/000901
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PROCEDE ET INSTALLATION DE PRODUCTION DE PREFORMES
La présente invention concerne un procédé de production
en continu par injection-compression de préformes pour
la fabrication d'emballages, tels que des bouteilles,
en matière synthétique au moyen d'une extrudeuse ainsi
qu'une installation de mise en uvre du procédé.
Des emballages en matière synthétique, par exemple des
bouteilles en PET, sont fabriqués par étirage-soufflage
d'une préforme généralement par deux méthodes soit:
- Selon la méthode dite "en deux étapes", en fabri-
quant d'abord des préformes avec une presse à in-
jection et un moule multi-empreintes. Cette presse
à injecter transforme les granulés de PET en pré-
formes. Ces préformes, produites par lots succes-
sifs (égal au nombre d'empreintes du moule) et
stockées à température ambiante, sont acheminées
plus tard vers une souffleuse située à proximité
ou non.
- Selon la méthode dite "en une étape", en fabri-
quant des préformes et des bouteilles sur la même
machine en continu. Cette machine transforme des
granulés de PET en bouteilles directement utilisa-
bles.
La méthode "en deux étapes" permet de fabriquer plu-
sieurs préformes à la fois mais les préformes lors-
qu'elles arrivent à la souffleuse se trouvent à la tem-
pérature ambiante et il faut les chauffer jusqu'à la
température de soufflage qui est de l'ordre de 100 C,
ce qui d'une part oblige à une gestion spécifique des
préformes (stockage, transport, manipulation) et d'au-
tre part rend la production plus coûteuse. La méthode
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"en une étape" permet d'économiser de l'énergie puisque
les préformes, lorsqu'elles arrivent aux postes de
soufflage, sont à une température de l'ordre de 60 C ce
qui permet d'économiser l'énergie nécessaire pour
chauffer les préformes de la température ambiante a
60 C.
Quelque que soit la méthode adoptée, la fabrication de
la préforme nécessite la transformation de la matière
N synthétique thermoplastique, en l'occurrence le PET,
pour obtenir la préforme à partir d'un moule refroidi.
Les granulés parfaitement séchés (environ 160 C pendant
quelques heures) sont transformés par une extrudeuse en
matière fondue à environ 270 C.
Trois principes connus sont possibles pour obtenir une
préforme à partir de cette matière plastique fondue:
L'injection classique : La matière chaude est in-
jectée dans le moule statique avec deux phases : une
phase dynamique de remplissage du moule, une phase sta-
tique de maintient pour nourrir la préforme pendant le
refroidissement. La pression d'injection dépasse en gé-
néral 1000 Bars.
Cette technique implique de fortes contraintes mécani-
ques sur la matière et une machine performante en ter-
mes de force de fermeture du moule et de pression
d'injection. Un système d'obturateur est nécessaire
pour fermer le seuil d'injection en fin de la phase
maintient.
La compression : Une quantité exacte de matière
fondue est introduite dans le moule dont le poinçon est
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mobile. Le processus de compression est exécuté par le
mouvement du poinçon qui contraint la matière pour former la
préforme. Ce système est économique en terme de machine (pas
de système d'injection, contraintes mécaniques faibles).
Performant en terme de qualité de préforme (absence de point
d'injection) mais difficile à mettre en uvre par la dépose
d'une quantité exacte de matière chaude dans le moule.
L'injection compression : Une quantité exacte de matière
chaude est injectée dans le moule par un doseur tandis que le
poinçon mobile du moule recule pour faciliter le transfert de
la matière dans le moule, l'injection terminée le poinçon
exécute le processus de compression pour former la préforme.
La pression d'injection reste inférieure à 500 Bars, les
contraintes mécaniques faibles.
La présente invention a pour but d'améliorer la production
des préformes pour la rendre continue et mieux adaptée à la
cadence des machines de soufflage, notamment rotatives.
D'autre part, on peut utiliser l'invention même dans la
méthode "en deux étapes" la production de préforme selon
l'invention étant plus rapide.
Le procédé selon un aspect de l'invention concerne un procédé
de production en continu par injection-compression de
préformes pour la fabrication d'emballages en matière
synthétique, comprenant les étapes suivantes:
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a) transformation de la matière première dans une extrudeuse
et obtention d'une matière extrudée à la température
optimale,
b) remplissage en continu de doseurs d'injection comprenant
un corps cylindrique muni d'un orifice et un piston, avec une
quantité prédéterminée de la matière extrudée, lesdits
doseurs d'injection étant situés sur la périphérie d'une roue
de dosage tournant en continu,
c) passage successif des doseurs d'injection pleins sur une
roue d'injection-compression tournant en continu et munie sur
sa périphérie de plusieurs modules d'injection-compression,
d) pendant un tour de la roue d'injection-compression,
fabrication d'une préforme par chaque module d'injection-
compression, récupération de la préforme par des moyens de
prise en charge et passage de chaque doseur d'injection sur
la roue de dosage pour nouveau remplissage,
caractérisé par le fait que
la fabrication de chaque préforme sur la roue d'injection-
compression est réalisée par l'injection de la matière
extrudée dans un module d'injection-compression, par
déplacement du piston d'un doseur d'injection, à travers un
seuil d'injection du moule dudit module situé à la continuité
dudit orifice du doseur d'injection jusqu'à ce que
l'extrémité dudit piston du doseur d'injection obture le
seuil d'injection et ensuite en avançant le poinçon du module
d'injection-compression qui avait reculé pendant l'injection
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de la matière extrudée, dans le module pour former la
préforme par compression, et
que le piston du doseur d'injection reste en position
d'obturation du seuil d'injection jusqu'à la solidification
de la préforme.
Un doseur d'injection se présente sous la forme d'un piston
mobile par rapport à un cylindre et constitue une seringue
capable de recevoir puis d'injecter la matière fondue. La roue
de dosage, équipée d'un raccord tournant avec l'extrudeuse qui
est fixe, tourne de manière continue et assure le remplissage
de chaque doseur d'injection sur un tour complet. Les doseurs
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d'injection arrivent vides sur la roue de dosage et en
ressortent remplis avec une quantité de matière calcu-
lée en fonction du poids de la préforme. La roue de do-
sage assure une distribution radiale de la matière fon-
due par des canaux qui alimentent les doseurs
d'injection pendant le remplissage. Pendant le remplis-
sage d'un doseur d'injection, un distributeur à clapet
est ouvert et laisse passer la matière vers le doseur
d'injection. Pendant cette phase de remplissage, le
piston du doseur d'injection est précontraint par un
vérin pour assurer une pression de contre-pression pen-
dant le remplissage du doseur d'injection. Arrivé au
point de dosage, c'est à dire à la course du piston du
doseur d'injection qui correspond à la quantité de ma-
tière souhaitée, le distributeur à clapet est refermé
puis le vérin tire le piston du doseur d'injection sur
une course calculée pour assurer la décompression de la
matière à l'intérieur du doseur d'injection.
Un module d'injection-compression supporte un moule de
préforme avec une empreinte. Chaque module d'injection-
compression exécute pendant un tour de la roue
d'injection-compression, un cycle pour fabriquer une
préforme selon la séquence suivante : fermeture du
moule puis injection de la matière fondue dans le moule
avec recul du poinçon du moule, puis compression de la
matière par le poinçon, puis refroidissement de la ma-
tière pendant un temps calculé, puis ouverture du
moule, puis éjection de la préforme. Le moule du module
injection-compression est muni sur son extrémité oppo-
sée au poinçon d'un seuil d'injection (trou pour l'en-
trée de la matière fondue). L'extrémité de la "serin-
gue" constituant le doseur est mise face au seuil d'in-
jection et sous la poussée du piston du doseur la ma-
tière rentre dans le moule. A la fin de la course le
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piston reste en place et obture le seuil d'injection
jusqu'à la solidification de la matière injectée et le
retrait de la préforme. Dans l'art antérieur le rem-
plissage à travers le seuil d'injection se fait à tra-
5 vers un circuit dans lequel la matière fondue est pous-
sée et lorsque la dose est injectée dans le moule du
module d'injection-compression une vanne doit se fermer
pour jusqu'à la solidification de la matière solide. La
gestion de ce circuit avec la matière fondue et les
vannes est compliquée. Le procédé selon l'invention
utilisant le doseur qui reste en place jusqu'au retrait
de la préforme résout ce problème.
Pendant un tour de la roue d'injection-compression,
chaque module d'injection-compression exécute le cycle
d'injection-compression décrit précédemment pour fabri-
quer une préforme récupération de la préforme par des
moyens de prise en charge et passage de chaque doseur
d'injection sur la roue de dosage pour nouveau remplis-
sage.
L'avantage de ce procédé est la production en continu
des préformes à grande vitesse ce qui permet d'alimen-
ter en aval une souffleuse rotative pour la formation
des emballages qui travaille aussi en grande vitesse.
Les préformes quittant la machine de production des
préformes se trouvent à une température d'environ 60 C
et il suffit de les chauffer pour les amener à la tem-
pérature de soufflage qui est d'environ 100 C, ce qui
peut se réaliser plus rapidement et avec une économie
d'énergie.
Selon une variante après le cycle d'injection-
compression dans le moule la préforme est transférée et
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refroidie dans des moules de refroidissement situés sur la
roue de refroidissement des préformes.
Cela est utile si l'on ne souhaite pas alimenter en continu
une installation de soufflage pour la fabrication des
emballages.
Selon une autre variante, les préformes prises en charge sont
acheminées directement vers une installation de soufflage
pour la formation des emballages.
C'est la variante préférée permettant de tirer profit de la
grande vitesse de production des préformes et économiser
l'énergie de chauffage des préformes avant le soufflage.
L'invention, dans un autre aspect, concerne également une
installation pour la mise en uvre du procédé, caractérisée
par le fait qu'elle comprend une extrudeuse agencée pour
transformer la matière première en matière extrudée à la
température optimale, une roue de dosage tournant en continu,
située à la sortie de l'extrudeuse et supportant sur sa
périphérie des doseurs d'injection comprenant un corps
cylindrique muni d'un orifice et un piston, une roue
d'injection-compression tournant en continu, juxtaposée à la
première et munie sur sa périphérie de plusieurs modules
d'injection-compression et des moyens pour tenir les doseurs
d'injection de sorte que leurs orifices soient à la
continuité des seuils d'injection des modules d'injection-
compression, des moyens pour transférer un à un les doseurs
d'injection remplis avec la matière extrudée de la roue de
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dosage à la roue d'injection-compression, des moyens de prise
en charge des préformes et des moyens pour transférer un à un
les doseurs vides de la roue d'injection-compression à la
roue de dosage après la prise en charge des préformes.
Selon une variante, l'installation est caractérisée par le
fait qu'une troisième roue, la roue de refroidissement des
préformes, située à la verticale de la roue d'injection-
compression tournant en synchronisme est munie de moules de
refroidissement des préformes.
Si les préformes doivent être stockées avant d'être déplacées
vers une souffleuse, le refroidissement peut être nécessaire.
L'invention sera décrite plus en détail à l'aide du dessin
annexé.
La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une
installation selon l'invention.
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La figure 2 est une coupe de la roue de dosage selon un
plan passant par l'axe de rotation de ladite roue.
La figure 3 est une vue agrandie d'un détail de la fi-
gure 2.
La figure 4 est une vue en perspective d'une partie de
l'installation montrant certains détails.
La figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif
d'injection-compression.
La figure 6 est une vue en coupe d'un doseur et module
d'injection-compression assemblés.
A la figure 1 nous avons représenté schématiquement les
éléments principaux de l'installation pour la mise en
uvre du procédé selon l'invention. Une trémie et sé-
cheur des granulés de PET alimentent une extrudeuse 2.
A son tour l'extrudeuse alimente une roue de dosage 3
sur laquelle se trouve de doseurs (non représentés. Une
roue d'injection-compression 4 supportant des modules
d'injection-compression 5 est disposée à la suite de la
roue de dosage 3. Si l'installation n'est pas prévue
pour alimenter en continue une souffleuse pour trans-
former les préformes en emballages, un refroidissement
des préformes est prévue au moyen d'une roue de refroi-
dissement des préformes 6 munie d'un ensemble de dispo-
sitifs 61 soufflant de l'air sur les préformes avant
qu'elles soient prises en charge pour le stockage.
La roue de dosage 3 est munie de logements 36 dans les-
quels prennent places des doseurs 7. Chaque doseur 7
comprend une partie tubulaire 71 dans laquelle se dé-
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place de manière étanche un piston 72. La partie tubu-
laire 71 se termine en un orifice 73 à travers lequel
la matière extrudée est poussée dans le doseur 7 et par
la suite elle sortira pour alimenter les dispositifs
d'injection-compression. Les logements 36 communiquent
avec un obturateur 31, 32 (figure 2, 3). Ledit obtura-
teur comprend un siège 32 et un piston 31. Chaque siège
32 communique par une ouverture radiale avec un canal
radial 34 de la roue de dosage 3 et il est muni aussi
d'un orifice faisant face à l'orifice 73 du doseur 7.
Tous les canaux radiaux 34 sont alimentés en matière
extrudée par un canal axial 33 de la roue 3 lui-même
alimenté par l'extrudeuse 2. Lorsqu'un doseur 7 est mis
dans un logement 36, le piston 31 recule pour libérer
le passage et laisser passer la matière extrudée dans
le doseur. L'entrée de la matière extrudée sous pres-
sion fait reculer le piston 72. Lorsque la quantité de
matière prédéterminée se trouve dans le doseur le pis-
ton 31 redescend et obture le passage vers le doseur.
Le piston 72 pendant le remplissage est soumis à une
contre-pression, et après le remplissage recule pour
décompresser la matière extrudée. La quantité de la ma-
tière se trouvant dans le doseur est fonction de plu-
sieurs paramètres tel que la pression d'alimentation,
le diamètre de l'orifice 73, le temps pendant lequel
l'obturateur 31, 32 reste ouvert_ Plusieurs doseurs
sont disposés dur la roue de dosage 3. Chaque doseur
doit se remplir sur environ deux tiers de tour de la
roue de dosage 3. Ensuite, il est transféré sur la roue
d'injection-compression 4 et remplacé par un doseur
vide venant de cette dernière roue 4. L'échange des do-
seurs 7 entre les roues 3 et 4 sera décrit à l'aide la
figure 4.
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A la figure 4 on a représenté la roue de dosage 3 avec
les doseurs 7 montée sur un support vertical, deux
roues de transfert 8 et 9 disposées sur de supports
verticaux et la roue d'injection-compression 4 avec les
dispositifs d'injections-compression 5 régulièrement
repartis sur sa périphérie. La roue 8 est munie de bras
radiaux 81 avec un dispositif de préhension 82. Chaque
bras 8 saisit un doseur 5 plein de la roue 3 et
l'apporte dans un dispositif d'injection-compression 5
de la roue 4. La roue 9 est aussi munie de bars radiaux
91, 92 identiques aux bras radiaux 81, 82 pour saisir
les doseurs vides 7 de la roue 4 et les apporter sur la
roue 3 pour un nouveau remplissage. Les quatre roues
3,4,8 et 9 tournent dans le même sens. Les dispositifs
de préhension 82, 92 peuvent être de pinces commandés
par une came propre à chaque roue 8, 9 ou d'autres dis-
positifs équivalents pour saisir le moment opportun un
doseur plein ou vide et le laisser sur la roue 4 ou 3.
Chaque dispositif d'injection-compression 5 est fixé
sur la roue 4 par un support radial 51. La partie infé-
rieure du dispositif 5 comprend un vérin 52. Au-dessus
du piston 51 de moyens de préhension 53 assurent la te-
nue du doseur 7. Sous l'action d'un ressort 54 le do-
'seur 7 vient se loger à la partie inférieure d'une ma-
trice ou moule 55. Sous l'action du vérin 52 le piston
72 du doseur 7 injecte la matière dans le moule 55. Le
piston 72 du doseur 7 (fig. 6) est muni d'un téton 721
lequel s'insère dans l'orifice 73 du doseur et ferme le
seuil d'injection 551 du moule 55 lorsque la totalité
de la matière extrudée passe dans le moule 55. .Un
poinçon 56 solidaire d'une pièce mobile 57 vient dans
la moule 55 pour former la préforme. La partie supé-
rieure de la préforme avec le pas de vis (pour la fa-
brication de préformes destinées à devenir des bouteil-
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les) se forme dans la partie supérieure du poinçon 56.
Cette partie est formée de deux mâchoires complémentai-
res 58, 59. Lorsque la préforme est formée le disposi-
tif 57 recule, les mâchoires 58,59 s'écartent et la
5 préforme est récupérée par de moyens adéquats soit pour
alimenter en continu une souffleuse soit pour être
stockée.
Sur la roue de dosage 3 les doseurs vides doivent se
10 remplir pendant environ 75% d'un tour de la roue 3 ce
qui laisse suffisamment de temps. Sur la roue
d'injection compression 4 l'échange de doseurs se fait
sur environ 15%, l'injection sur environ 25%, la com-
pression et solidification de la préforme sur environ
40%, l'ouverture, éjection et fermeture du moule sur
environ 25% d'un tour complet de la roue 4. La roue de
dosage 3 dans une exécution comprend 24 doseurs tandis
que la roue d'injection-compression 4 comprend 48 dis-
positifs 5.
L'installation décrite permet une cadence continue im-
portante. Comme mentionné précédemment les préformes
soient à la sortie de la roue 4 continue sur une ins-
tallation de soufflage permettant d'économiser
l'énergie de chauffage, soit sont stockées pour être
soufflées ultérieurement.
