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La présente rnflon concerne un procédé de fabrication rapide de joints d'étanchéité' pour récipients, comprenant la formation d'un tampon moulé ou garniture d'étanchéité.
Suivant un procédé connu et appliqué dans la pratique, on fabrique des capsules obturatrices formées de la coquille de métal usuelle conte-
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nant un tampon en"1:111e composition de caoutchouc ou composé élastomère analogue. Mais, lorsqu'on introduit le composé sous forme de solution ou d'émulsion; de fluidité suffisante pour l'appliquer, il est néwaasaire de faire tourner la capsule pour répartir le composé qui ne conserve pas sa forme de lui-même. Une période d'assez longue durée est nécessaire pour éliminer le solvant ou autre véhicule, la répartition ne peut être réglée avec une précision certaine et on ne peut pas déterminer un contour spécial dans la zone d'étanchéité ou au centre pour réaliser une étanchéité aussi parfaite que possible et une consommation de matière minimum.
De même.,., la vulcanisation he peut s'effectuer que lorsque le solvant a été éliminé,-. D'autre
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part, si on introduit le composé sous forme de: f)an préparé, des précautions sont nécessaires pour assurer l'adhérence nécessaire dans la capsule et une pression et une température élevées sont nécessairespour effectuer le moulage. De plus, si on découpe le flan ou disque dans .une feuille ou bande, il en résulte des pertes dues aux chutes ou une dépense de régénération est nécessaire, et au moins une opération supplémentaire est nécessaire pour découper et poser le flan ou disque.
Lorsqu'une capsule sert à coiffer une bouteille ou autre récipient, le tampon doit se conformer aux irrégularités éventuelles du goulot,-du récipient, en formant une garniture:entre le goulot et la face de fermeture de la capsule métallique elle-même.. La garniture de la cppsule doit encore remplir généralement une autre fonction, à savoir empêcher le contenu du récipient de venir en contact avec le métal de la face intérieure de la capsule.
Ces deux conditions peuvent être remplies par des matières insolubles et en principe imperméables au contenu du récipient, mais, dans la pratique, l'épaisseur de ces matières qui est nécessaire pour les protéger contre lapénétration n'est pas aussi grande que celle qui.est nécessaire pour obtenir
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une garniture qui secconforme auOE7a2ot du. récipient. En conséquence, la gar- niture ou tampon suivant l'invention comporte de préférence une portion extérieure annulaire épaisse qui vient en contact avec le goulot du récipient et une portion centrale plus mince qui donne le certitude que le contenu du récipient ne vient pas en contact avec le métal de la capsule.
Il a été découvert qu'en utilisant des compostions obtenues en dispersant de fines particules d'une résine, telle qu'une résine vinylique, dans un plastifiant liquide, il est possible de déposer une quantité de cette dispersion pâteuse, semi-liquide, dans une capsule obturatrice, on'-
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peut alors chauffer la capsule contenant la masse can1saat ainsi le produit, du fait que le plastifiait dissout des portions des particules de résine en formanteme masse située au centre, en forme de bouton, conservant sa forme , en même temps que le plastifiant du côté de la capsule fait adhérer la masse à la couche de vernis et, par suite, la fait adhérer fortement à la capsule, puis on pose la capsule contenant la masse en forme de bouton
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central qui y adhère,
surr'un plateau chauffé et on fait agir un poinçon chauf- fé de façon à mouler la masse et à lui faire prendre le contour qu'on désire en provoquant le mouvement radial en dehors de la matière fluidifiée par la chaleur, en formant ainsi un tampon moulé, sensiblement uniforme, thermoplastique, qui, en refroidissant, conserve ses caractéristiques avantageuses de revêtement tenace, élastique dans les conditions du service.
C'est-à-dire
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que la fusionptpu dissolution de la résine vinylique dans le plastifiant in- diqué, se produisent en même temps que son adhérence dans les conditions peu coûteuses d'une étuve ou d'un four à air chaud au moyen duquel la capsule et la masse peuvent être ensuite conservées en magasin et manipulées en un seul ensemble,même en les faisant passer dans une trémie sans rique de séparation éventuelle des éléments ou de perte de matière par adhérence ou emboîtement
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avec une autre capsule.
Dans la pratique, la capsule obturatrice contenant une masse ou bouton central adhérent, peut être manipulée sous la forme d'un ensemble unique sans aucun risque au cours du stockage en vrac, de la circulation dans des trémies et autres opérations analogues de fabrication économique. Ces ensembles peuvent aussi subir l'action d'un poinçon chauffé et être moulés au contour le plus avantageux au point de vue de l'économie de matière et du comportement comme garniture, dans les conditions industrielles appropriées de température, de pression et de temps, et le volume du joint complet peut être déterminé par la quantité initiale introduite dans la capsule, car le produit ne contient aucun élément volatil devant être chassé au cours des opérations et le volume final est en principe le même que le volume initial mesuré.
Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est représenté aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 représente sous forme schématique les opérations successives de la fabrication d'une capsule obturatrice suivant l'invention;
La figure 2 est une coupe transversale par l'axe de cette capsule.
On voit sur la figure 1 une série de capsules en mouvement et subissant les diverses opérations de fabrication.
On peut préparer les capsules de la manière habituelle en partant d'une tôle d'acier ou d'une planche d'étain comportant sur une face des inscriptions publicitaires lithographiées et, sur l'autre face ou face intérieure, une couche de vernis de résine vinylique, ainsi qu'il est décrit en détail plus loin. Puis oh fait passer les feuilles ainsi recouvertes et cuites dans une presse à emboutir comme d'habitude, en découpant et en emboutissant dans une seule feuille plusieurs centaines de ces capsules.
Le produit qui se compose de particules de résine avec un plastifiant dans lequel elles sont en principe insolubles à la température am- biante, mais s'y dissolvent à température élevée de façon à former par refroidissement un gel permanent, conservant sa forme, analogue au caoutchouc, est dit "résine pâteuse" dans l'industrie des matières plastiques.
Le plastifiant liquide ne dissout pas la résine à la température d'écoulement fluide de la pâte de résine, par exemple à la température ambiante ou à une température de 43 à 46 C., mais il la dissout à une température plus élevée et de fluidification, par exemple de 135 à 190 C. Le produit est caractérisé au point de vue de l'invention en ce qu'il ne contient aucune matière étrangère à titre d'agent fluidifiant qui doive être chassé pour obtenir le gel final et, étant donné que l'action exercée est dans une large mesure une action de fluidification ou de solution mutuelle de la résine et du plastifiant, il ne se produit en principe aucun changement de volume lorsque le mélange chaud prend la forme d'un gel.
On peut alors faire passer les capsules par les opérations suivant l'invention, comme l'indique la figure 1, qui montre des capsules successives 10, 12, 22, 23, 24, 25 et 26.
La première opération, apèrs l'introduction d'une capsule telle que 10, consiste à déposer dans la capsule telle que 12 don la partie concave est en haut, une certaine quantité du mélange choisi à Litre d'exemple de résine vinylique et de plastifiant. De préférence, la capsule est froide lorsqu'on commence à y verser le mélange, mais elle peut être préchauf@@@ si on le désire. Le dépôt peut s'effectuer en chauffant le mélange à une température d'environ 43 à 46 C., puis en le faisant passer dans un ajutage 11 en formant un dépôt d'une quantité déterminée 14 dans la capsule 12. L'ajutage et, le produit peuvent être maintenus à une température appropriée par le rayonnement infra-rouge d'une lampe électrique 13.
Une quantité trouvée convena- ble@est comprise entre 100 et 400 mm3, les plus petits volumes étant intro-
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duits dans des capsules à courte jupe et les plus grands dans des capsules dites à jupe normale, étant entendu que le volume peut être plus petit lors- qu'on sait que les tolérances des récipients à fermer sont, étroites en ce qui concerne les irrégularités de surface du goulot, par rapport à certaines bou- teilles sur lesquelles une tolérance plus forte doit être prévue en augmentant
1'épaisseurddu tampon et par suite le volume de pâte nécessaire.
En général, la limite inférieure du volume nécessaire à une application donnée dépend du degré d'étanchéité nécessaire, puisque ce degré diminue avec le volume du composé, en particulier au voisinage de la limite inférieure. La limite su- périeure dépend de la quantité de composé qu'on peut introduire dans la cap- sule sans en compromettre l'étanchéité et l'économie. Dans ces conditions, la pâte introduite 14 forme un bouton d'environ 9,5 à 19,4 mm. de diamètre au centre de la capsule, comme l'indique la masse 14. On remarquera que l'a- jutage 11 peut être exactement placé dans le prolongement de l'axe de la cap- sule 12 comme l'indique l'axe CL et que le fluide sortant par l'ajutage forme une masse aplatie en principe concentrique à la capsule.
L'opération suivante consiste à faire passer la capsule comme l'indiquent les capsules 22, 23, 24, 25 dans une zone de chauffage représentée à titre d'exemple par un four à air chaud 20 qui comporte une entrée d'air chaud 21. Ce four comporte une courroie transporteuse 28 qui fait avancer les capsules contenant chacune sa charge 14 du produit, entre les extrémités d'entrée et de sortie du four. La masse 14 du produit s'échauffe ainsi jusqu'à ce que le plastifiant dissolve les particules derrésine vinylique, en faisant augmenter sa viscosité et en formant une masse de consistance telle qu'elle conserve sa forme.
Le plastifiant en contact avec la couche de vernis existant éventuellement à l'intérieur de la capsule exerce aussi une action solvante sur cette couche en formant un joint entre la masse du produit 14 et la couche de vernis de la capsule et en les faisant adhérer. Lorsqu'il n'existe pas de couche de vernis intérieure, la masse adhère directement à la capsule.
Lorsque la capsule sort du four 20, elle peut être mise en stock à l'état chaud ou froid ou on peut la faire avancer immédiatement pour lui faire subir l'opération de moulage. Etant donné que la capsule et la masse 14 qui y adhère forment un seul ensemble, on a une grande latitude dans l'éxécution du traitement, de sorte qu'on peut fabriquer un grand nombre de ces ensembles dans une machine centrale fonctionnant d'une manière continue et en partie les mouler et les terminer immédiatement pendant qu'ils sont encore chauds, en tenant compte des retards acceptables dus aux arrêts temporaires ou aux changements dans l'appareillage de moulage ou utiliser plus d'une machine de moulage alimentées par une seule installation de dépôt et de vulcanisation.
On peut aussi refroidir les ensembles et les conserver pour les mouler ultérieurement dans cette machine centrale ou les faire arriver dans d'autres installations pour les y mouler.
Lorsqu'on moule l'ensemble immédiatement à sa sortie du four 20, il subit d'autres opérations de chauffage et de moulage qui peuvent s'exécuter en le posant immédiatement, tel que la capsule 26, sur un plateau 30 chauffé par la combustion de gaz arrivant par un tuyau 31. On fait descendre un poinçon 32 et on le presse en contact avec la masse vulcanisée de la capsule 26 en faisant prendre à cette masse une forme complémentaire de celle de l'extrémité inférieure du poinçon qui, sous la forme représentée, comporte une portion centrale en saille 33 qui refoule radialement en dehors la masse thermoplastique en laissant subsister une portion centrale mince entourée par une portion annulaire. Le poinçon 32 est chauffé, ainsi qu'on Peur, le voir, par un fil électrique de chauffage 34.
Puis on enlève du plateau 30 et du poinçon 32 la capsule contenant son tampon moulé et complètement vulcanisé et prête à servir après refroidissement.
La capsule terminée comporte (figure 2) une portion circulaire 40 limitée à sa périphérie dans l'angle supérieur par une portion arrondie. 42 @
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de grand rayon, venant se confondre avec une portion en forme de jupe froncée 43. La surface extérieure est recouverte d'une couche de vernis 44 qu'on a fait cuire jusqu'à ce qu'elle ne soit plus collante ou ne couple plus à la température des opérations de la figure 1. La surface intérieure est recouverte d'une couche de vernis 45 avec la résine vinylique en dehors et la masse moulée du tampon adhère à ce vernis. La masse moulée elle-même comporte une portion centrale mince 47 en face du trou du goulot du récipient et une portion annulaire plus épaisse 48 qui vient en contact avec le goulot du récipient.
Dans la pratique, l'épaisseur de la portion centrale 47 est comprise de préférence entre 0,10 et 0,25 mm., et celle de la portion annulaire est comprise entre 0,30 et 1,01 mm.
Le vernis de la surface intérieure de ces capsules garnie- peut être choisi de préférence d'après la nature de la masse et du contenu prévu du récipient à fermer. Par exemple, on obtient une adhérence satisfaisante avec un vernis vinylique préparé de la manière décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n 2.380.456 du 31 juillet 1945 et contenant 80% d'une résine de copolymère de chlorure et d'acétate de vinyle et 20% d'un agent de modification oléo-résineux. Lorsque les capsules doivent servir à fermer des récipients contenant des boissons gazeuses, on choisit de préférence un vernis trimère dont la teneur correspondante en matière solide est de 80% de chlorure et d'acétate de vinyle copolymérisés en présence d'anhy-. dride maléique à titre d'agent de modification,
par exemple en proportions respectives de 87 : 12 : 1 avec 20% d'une résine phénolique dérivée de l'ortho-crésol et de la formaldéhyde. Ces deux vernis peuvent se préparer dans un solvant organique, tel que 70% de xylol et 30% d'isophorone, contenant 20% de matière solide, pour être appliqués au rouleau. Pour appliquer le vernis par aspersion ou pulvérisation, on peut choisir des solvants plus volatils,tels que le toluol, la méthyl éthyl cétone et la méthyl isobutyl cétone. Une fois la couche appliquée et séchée, on la cuit.
Le produit qui constitue la masse principale du tampon moulé contient deux substances de base qui consistent en un élastomère et son plastifiant, ce dernier étant choisi de façon que 1'élastomère y soit insoluble en principe à la température ambiante, mais soit soluble à une certaine température élevée. On broie ces deux substances ensemble de façon à former une pâte fluide dans les conditions indiquées et qui peut aussi contenir d'autres éléments tels que des charges inertes pour l'empêcher de se couper, des pigments,des résines de modification contribuant à déterminer les propriétés physiques, des stabilisateurs des résines ou autres éléments, des paraffines empêchant le blocage et faisant diminuer la perméabilité aux vapeurs et aux gaz, etc.
Cependant, ces autres substances ne sont,pas indispensables dans le produit et peuvent servir à lui faire acquérir les propriétés qu'on désire dans les divers cas particuliers. En général, on peut employer les produits de la composition décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.489.407 du 29 Novembre 1949 ou dans le brevet de l'Afrique du Sud N 2.556/47, en notant que la charge et les autres éléments peuvent être supprimés si on le désire.
L'élastomère peut consister en une résine vinylique de la classe comprenant le chlorure de polyvinyle, les copolymères de chlorure et d'acé- tate de' vinyle tels que le copolymère à 97 : 3%, les polymères de chlorure- de vinylidène et les copolymères de chlorures de vinyle et de vinylidène. La teneur en chlorure doit être élevée lorsque le joint doit résister à des liquides aqueux, par exemple un copolymère doit contenir 90% de chlorure de vinyle.
Parmi les plastifiants qui conviennent, on peut citer ceux qui exercent une action très lente de mouillage.ou de dissolution sur la résine vinylique choisie, à la température ambiante et à une température jusqu'au voisinage de 46 C. Les plastifiants du type des esters des résines vinyliques possèdent cette caractéristique générale et la température qui provoque
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la pénétration, la diffusion et la solution mutuelle doit être plus élevée.
Un plastifiant auquel on donne la préférence esu le phtalate de dioçtyle.
D'autres plastifiants sont le phtalate de dibu tyle, le sébagate de dioctyle et le phosphate de tricrésyle. Le plastifiant doit être liquide à la tempéra-
Lute d'utilisation.
La proportion entre l'élastomère et le plastifiant en poids peut être comprise entre 6 : 4 et 4 : et de préférence égale à environ 1 : 1.
Ces produits peuvent être introduits à une température d'environ
43 à 46 C. par l'ajutage 11, puis on leur fait subir une vulcanisation ou pré- gélificationpartielle dans le four ou l'étuve 20, puis on les moule et on termine leur vulcanisation par l'action du plateau 30 et du poinçon 32 chauf- fés, en obtenant ainsi une masse de résine plastifiée, élastique et tenace, dont 7,?allongement à la rupture d'un échantillon essayé à la traction est compris par exemple entre 150 et 340%, et d'habitude est supérieur à 250%.
A titre d'exemple des conditions dans lesquelles s'effectue l'opération de vulcanisation, on emploie une étuve ou un four à air chaud dans lequel l'air circule à grande vitesse, de façon à chauffer le composé à une température de 163 à 204 C. la durée de séjour dans le four étant comprise entre 30 secondes et 5 minutes. Par exemple, on obtient de bons résultats avec une durée de séjour de 45 secondes à 193 C pour un volume de 200 mm3.
La température et la pression de l'opération de moulage dépendent de la nature du composé, de la forme de la capsule et de la forme à donner au tampon. On obtient de bons résultats avec une capsule ayant un rayon à l'angle supérieur de 1,5 mn. avec une pression de 7,0 à 14,0 kg/ cm2; le tampon ayant les dimensions et la forme indiquées à propos de la description de la figure 2. Lorsqu'il s'agit de former des portions concentriques dans la partie annulaire 48, la pression qui convient est comprise entre 35,1 et 70,3 kg. cm2. Dans les mêmes conditions, lorsque le rayon de l'angle supérieur de la capsule crénelée est de 2,3 mm., la pression nécessaire à la formation de la portion annulaire aplatie doit être comprise entre 17,5 et 35,1 kg./cm2.
La température de l'opération de moulage dépend dans la pratique des caractéristiques de la couche de vernis initiale 45 et de la composition du tampon. Lorsque ce vernis consiste en un polymère de chlorure et d'acétate de vinyle, avec l'agent de modification oléo-résineux précité, la température peut être comprise entre 163 et 177 C. Lorsque ce vernis consiste en trimère de chlorure et d'acétate de vinyle et d'anhydride maléique, la température peut être comprise entre 163 et 190 C.
Le temps nécessaire au moulage est compris entre 6 et 20 secondes et on remarquera que, pour des raisons d'économie, cette durée doit être aussi courte que possible.
Les conditions combinées qui conviennent le mieux à une capsule dont le rayon à l'angle supérieur est de 1,5 mm., avec un tampon de la forme de la figure 2 et une couche intérieure 45 de vernis en résine primaire, sont une température de 190 C., une pression de 10,5 kg/cm2 et une durée de l'opération de moulage de 12 secondes. Lorsque le rayon à l'angle supérieur de la capsule est de 2,3 mm., avec la même forme du tampon et la même couche de vernis intérieure, on obtient de bons résultats avec une température de 190 C, une pression de 49,2 kg. / cm2. et une durée de 20 secondes. Le produit nesubit aucune détérioration sensible, même s'il reste chaud beaucoup plus longtemps.
On remarquera que la succession des opérations est telle qu'on peut, si on le désire, reprendre immédiatement les capsules chauffées contenant le tampon vulcanisé sous forme de bouton central 14 et les manutentionner mécaniquement pour leur faire subir l'opération de moulage sans refroidissement intermédiaire, de sorte qu'en réalité l'opération de vulcanisation
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constitue un stade de préchauffage dans l'opération de moulage.
La pâte de résine, telle qu'elle est déposée au commencement, est une masse collante, semi-fluide, qui s'aplatit par son propre poids sous forme de bouton et adhère à la capsule, mais peut en-être détachée, et on enlève des portions de la masse en les amenant en contact avec un objet solide quelconque. De même, elle coule si on incline la capsule et elle ne se trouve plus dans la position concentrique qu'on désire. Par suite, la capsule contenant son dépôt ne peut être manipulée brutalement à ce moment et la masse ne doit pas venir en contact avec une autre capsule.
Mais après vulcanisation dans le four 20, l'état physique du produit déposé à l'état collant a changé, sa surface n'est plus collante et la masse ne peut plus se creuser par simple contact, et par suite la masse, qui colle à l'état mouillé, est devenue adhérente et ne peut pas se détacher accidentellement, et ne coule plus, même si la capsule reste inclinée.
Quoique l'invention ait été décrite à propos de la fabrication de garnitures d'étanchéité pour les capsules métalliques vernies à jupe circulaire froncée ou ondulée, en choisissant les matériaux et les conditions indiquées, il doit être entendu qu'elle peut être appliquée à d'autres formes de réalisations.