CA1065562A - Procede pour la production de corps creux orientes en matiere thermoplastique et dispositif pour sa realisation - Google Patents

Abstract

Procédé et dispositif pour réaliser des corps creux orientés par production d'une préforme par présoufflage, conditionnement thermique à la température d'orientation et soufflage dans la forme finale. Il s'agit de réaliser une préforme dont le fond fermé et ébavuré a une forme hémisphérique, l'ébavurage étant réalisé au moyen d'une lame de section semicirculaire coulissant autour du fond hémisphérique de l'empreinte.

Description

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La pré~ente invention concerne un procédé pour la production de corps creux orientés en matière thermoplastique présentant des caractéristiques méca-niques améliorées, ainsi qu'un dispositif convenant particulièrement bien pour ~a réalisat:on.
On connalt déj~ de nombreux procédés et dispositifs pour le moulage par soufflage de corps creux tels que des bouteilles, des bidons ou des fûts en matiare thenmoplastique.
Plus récemment, on a constaté qu'il était possible d'améliorer notable~ent le~ propriétés mécaniques de ces articles en choisissant judicieusement les condition~ de fabrication de façon à induire tans ceux-ci une orientation pré-férentielle des macromolécules. On a en effet remarqué, que pour chaque type de matière thermoplastique, il existe généralement une plage de température pour laquelle un étirage de ces matières, par exemple sous l'effet d'une dila-tation par soufflage, conduit à une orientation moléculaire génératrice d'une amélioration des propriétés mécaniques.
La production de corps creux orientés en matière thermoplastique impose toutefois une opération supplémentaire par rapport aux procédés classiques puisqu'il convient de régler la température de la matière plastique avant de procéder au moulage par soufflage. En général, lors te la production de corps creux orientés par la technique de moulage par soufflage; on réalise, dans.un . premier stade, une préforme puis après un deuxième stade de conditionnement thermique de la préforme, on transfere celle-ci dans un moule de soufflage où
elle est mise en forme définitive alors qu'elle se trouve à une température favorable pour son orientation.
Suivant un premier type de procédé~ la préforme est réalisée par moulage par injection puis, apres conditionnement thermique dans le moule d'injection et/ou en dehors de celui-ci, la préforme est transférée dans le moule de soufflage. Toutefois, le moulage de la préforme par injection qui est une opération lente limite sérieusement la productivité des installations appliquantcette technique.
Suivant un second type de procédés, la préforme est réalisée à partir d'un tronçon de paraison tubulaire quï est enfilé sur un support et réchauffé et dont une extrémité est déformée plastiquement et obturée au moyen d'un poinçon coopérant avec le support de maniere a fermer le fond de la préforme. Cette technique requiert qu'il y ait discontinuité entre l'extrusion de la paraison et le moulage de la préforme. De ce fait, la chaleur sensible de la matiere thermoplastique extrudée~ est perdue. De plus, le réchauffage et le moulage du fond sont également des opérations lentes.
- Suivant un troisième type de procédés, qui autorise les cadences de .

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production les plu8 élevées et qui présente la plus grande économie de moyens, on réalise la préforme par moulage par soufflage de portions d'une paraison tubulaire extrudée en continu en utilisant des moules de préforme. Les pré-formes, après conditionnement thermique dans les moules de préforme et/ou en dehors de ceux-ci, sont introduites dans des moules de soufflage appropriés.
Cette technique, qui présente l'avantage supplémentaire d'être continue, n'a toutefois pas pu être maîtrisée jusqu'a présent de façon entierement satis-faisante pour les raisons exposees ci-apres. Lors de la production de corps creux orientés, il convient, pour obte~ir une amélioration optimale des pro-priété8 mécaniques, de réaliser de8 préformes dont le diamatre est le plusfaible`possible c'est-à-dire le plus proche possible du diamètre de la paraison tubulaire de départ et dont la longueur est sensiblement inférieure à celles des corps creux désirés. En effet, la préforme est généralement réalisée dans des conditions de températures qui ne conduisent pas a une orientation molécu-laire (température d'extrusion). Il convient des lors de ménager un étiragemaximum de la préforme lors du soufflage définitif qui lui est réalise dans des conditions favorisant l'orientation. On conçoit dès lors, qu'en respectant la double condition exposée ci-avant, on arrive à réaliser des corps creux biorientés (c'est-à-dire orientés à la fois dans le sens radial et dans le sens longitudinal) présentant un taux d'orientation maximum et partant les meilleu-res proprietes mecaniques.
Quand elles sont produites par présoufflage, les préformes présentent une bavure de fond qui doit être éliminée avant de procéder au soufflage définitif afin d'éviter toute malformation des fonds des corps creux produits.
Afin d'éliminer cette bavure, on réalise des préformes présentant un fond plat de sorte que la bavure de fond puisse être aisément coupée au moyen d'un couteau plat decrivant une trajectoire rectiligne contre le fond du moule de pnforme.
Cette façon d'opérer conduit à des préformes dont la partie du fond, du fait du pinçage de la paraison et de sa decoupe rectiligne lors de l'ébavurage est de fonme irrégulière. De ce fait, on constate que,lors du soufflage défi-nitif subséquent, cette partie ne s'étire pas de façon uniforme. Il en résulte que les fonds des corps creux orientés ainsi produits présentent des zones de ; faiblesse qui rendent souvent assez illusoire l'amélioration des propriétés mécaniques imparties par l'orientation moléculaire.
Jusqu'à présent il n'a donc pas été possible de mettre au point un pro-; cédé de production de corps creux orientés à partir de preformes produites par présoufflage qui ne présentent pas de zonesde faiblesse dans la partie de ~ fond. La Demanderesse a maintenant trouvé un procéde qui permet de produire :

en continu et avec une cadence de production élevée, a partir de preformes realisées par soufflage des corps creux orientes présentant des propriétes mécaniques optimales et exemptes de zones de faiblesse.
La presente invention concerne un procéde pour la production de corps creux orientes en matière thermoplastique comprenant: l'extrusion.d'une paraison tubulaire chaude et continue en matière thermoplastique; la formation par presouf-flage de cette paraison de préformes de corps cylindrique dont le diametre n'est pas supérieur de plus de 20% à celui de la paraison; le conditionnement thermique de ces préformes à une température susceptible d'induire l'orientation de la matière thermoplastique lors de son etirage; le soufflage definitif des préformes thermiquement conditionnees, caracterise en ce que lors de la formation des preformes par presoufflage, la paraison est enserree entre deux demi-moules dont l'empreinte a la forme, au niveau du fond de la préforme, d'une demi-sphère, chaque demi-moule ayant à cet endroit la forme d'un quart de sphère de diamètre éga~ à celui de la pr~forme; en ce que la paraison est retenue solidement entre les deux demi-moules de façon à ce qu'elle ait une portion située hors de l'empreinte du moule près du fond de la preforme et debordant hors du moule pour constituer une bavure reliée à la préforme le long d'une ~ ligne semi-circulaire; en ce que cette bavure est détachée de la :- preforme, pendant que cette dernière est encore dans le moule, par déplacement d'une lame allongée à coupe semi-circulaire et ayant un diamètre qui correspond à celui de la paroi du fond de l'empreinte du moule de présoufflage; ce mouvement en etant un de va-et-vient perpendiculaire au plan de la bavure.
En operant de cette façon, la Demanderesse a constate que, lors de l'étirage par soufflage des preformes conditionnees thermiquement dans les moules de soufflage definitif, la paroi

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de ces préformes s'étire d'une façon tout à fait uniforme et que les corps creux obtenus ne présentent aucune zone de faiblesse.
La formation des préformes par présoufflage peut être réalisée dans des moules appropriés en continu ou en discontinu.
La Demanderesse, pour des raisons de productivité, préfere toutefois que cette production soit réalisee en continu. Ce résultat peut, par exemple, être atteint en introduisant en continu la paraison tubulaire dans des moules de préforme dis-posés bout à bout sur un support circulaire animé d'un mouvementcontinu de rotation. Ce resultat peut cependant être obtenu par d'autres moyens tels que par exemple le recours a deux moules de preforme se déplaçant alternativement de façon à se presenter l'un après l'autre sous la tête d'extrusion debitant la paraison tubulaire continue.
Le moulage de la préforme par présoufflage peut être réalisé soit au moyen d'une tuyère de soufflage dont l'embout pénètre dans une extrémité ouverte de la portion de paraison enfermée dans le moule de présoufflage, soit au moyen d'une 20 aiguille creuse de soufflage qui perce la paroi de la portion de paraison complètement enfermee dans le moule de presoufflage.
Lorsqu'on utilise cette seconde technique la paroi de la portion de paraison doit être évidemment percée en une partie (par :~ e~e~ple un i-aux ~oulot) qui est ensuite ~' ~ .

4 ~o~ss~z détachée de la preforme.
Cette technique permet aussi de realiser deux preformes opposees par le col dans un seul moule ; les fonds des deux preformes sont dans ce cas situés de préférence aux extrémites du moule. Le faux goulot, sltue alors dans la zone centrale et utilise pour le soufflage, peut avantageusement être co~mun aux deux preformes de sorte qu'une seule aiguille de soufflage suffit.
Les preformes comportent en general trois parties : le col qui est ouvert eventuellement par élimination d'un faux goulot a la partie supérieure, un corps cylindrique et un fond hémispherique qui est tangent au corps cylindrique et de même diametre que lui. Ainsi qu'il a ete dit, il est préférab~ de limi-ter a une faible valeur le taux d'accroissement du diamètre du corps cylin-drique par rapport a celui de la paraison tubulaire lors de la production des préformes. La Demandere6se préfere que cet accroissement soit limité à un maximum de 20 %. Il n'est toutefois pas exclu de dépasser cette limite si on ne désire pas que le taux d'orientation radial,atteint lors du soufflage final, soit très élevé.
Le présoufflage des préformes est avantageusement mis a profit pour realiser le moulage definitif du col des corps creux desires puisque la partie de col de la preforme n'est pas etiree lors du soufflage final et n'est donc pas orientée En ce qui concerne la hauteur des préformes, il est évidemment préférable que celle-ci soit notablement inférieure a celle des corps creux désirés afin de permettre un taux d'orientation axiale aussi élevé que possible lors du soufflage final. Il est toutefois loisible de realiser des preformes ayant une hauteur égale à celle des corps creux désires si l'on prefere renoncer aux benéfices d'une orientation longitudinale optimale. La hauteur minimum que peut avoir la préforme doit être déterminee experimentalement car celle-ci dépend notamment de la nature de la matiere thermoplastique qui la constitue et de la geometrie du corps creux realise.
Les preformes realisees par presoufflage presentent un fond hemispherique qui doit être parfaitement ebavure avant de proceder au soufflage final. La baw re de fond des preformes resulte de l'ecrasement de la paraison entre les deux demi-moules. Elle est plane et est raccordee au fond hemispherique de la preforme selon une ligne semi-circulaire. L'eba w rage constitue une ope-ration tres delicate puisque le fond presente une section semi-circulaire de faible rayon de courbure. Il peut être realise apres que les preformes ont ete sorties du moule de presoufflage.
Toutefois, la Demanderesse prefere realiser l'eba w rage durant le moulage des preformes par presoufflage.

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Cet ébavursge tu fond hémisphérique des préformes peut être réali~é
avantageusement, pendant le présoufflage, par le déplacement d'une lame allon-gée de section semi-circulaire dont le diamètre correspond à celui de la paroi du fond de l'empreinte du moule de présoufflage.
Cette lame se téplace suivant un mouvement de va-et-vient perpendiculaire au plan de la baw re a éliminer, c'est-a-dire suivant une direction perpendi-culaire au plan de fermeture du moule de présoufflage auquel elle est associée.
De préférence, la bavure de fond est sectionn~e par la lame à la fin de l'opération de présoufflage de la préforme c'est-à-dire lorsque la matière a découper a déjà acquis une certaine rigidité du fait de son refroidissement au contact du moule de presoufflage.
Bien que cela ne soit pas indispensable pour la réalisation du procédé
conforme a l'invention, il est avantageux que le présoufflage soit mis a profit i pour conditonner thermiquement les preformes produites en les refroidissant ou, au moins, pour initLer le conditionnement thermique. Ce resultat peut notam-ment être atteint en equipant les moules de preforme de moyens tels que des conduites refrigérantes.
-~ Le conditionnement thermique peut être réalisé ou être poursuivi par exemple dans une enceinte thermostati~ée dans laquelle les préformes séjournent apres leur demoulage et avant leur transfert dans les moules de soufflage définit~.
Ce traitement thermique,qui se résume à refroidir uniformément les pré-formes de façon à les amener dans la gamme de températures souhaitees ou a les refroidir plus fortement et à les rechauffer ensuite pour les amener dans cette même gamme , depend evidemment de la nature de leur matière thermoplastique constitutive.
Les preformes conditionnees thermiquement sont enfin transferees dans les moules de soufflage definitif ou elles sont mises en forme suivant les techni-ques usuelles.
Etant donne que l'operation d'ebavurage du fond des preformes constitue le point delicat du procede conforme a l'invention, la Demanderesse a ete amenee à mettre au point un dispositif perfectionne pour permettre sa realisa-tion correcte d'une façon sûre.
Ce dispositif, qui fait egalement partie de l'invention puisqu'il en permet la bonne realisation, comprend un moule de preforme, forme de deux demi-moules separables, dont le fond de l'empreinte est de forme hemispherique, un des demi-moules etant pourvu a sa base d'une lame allongee de section semi-circulaire et d'un diametre correspondant a celui du fond de l'empreinte~ cette lame etant equipee de moyens a~surant son deplacement periodique contre le 1~6SStiZ

fond de l'empreinte du moule et perpendiculairement au plan de fermeture de ce même moule.
Suivant une variante préférentielle, la lame est soutenue lors de ses déplacements au moyen d'un support guide-lame solidaire du fond du demi-moule sur lequel est montée la lame. Il convient, en outre, de prévoir un dégagement dans le fond du demi-moule qui ne supporte pas la lame afin de permettre le déplacement de cette derniere au-dela du plan de fermeture du moule.
Afin de faciliter la découpe de la bavure, il e~t souhaitable de réaliser celle-ci de facon progres~ive.
Ce résultat peut être atteint en donnant a la partie utile de la lame un tranchant oblique (lame de guillotine). L'angle donné à ce tranchant oblique peut varier entre de larges limites suivant la nature de la matière thermo-plastique mise en oeuvre et l'épaisseur de la paraison tubulaire extrudée.
Cet angle ne doit toutefois pas être trop élevé sinon la course de la lame doit être trop importante pour assurer la découpe complète de la bavure de fond. En général, la Demanderesse préfère que cet angle soit compris entre

5 et 60 et, de préférence, entre 5 et 45.
Le tranchant de la lame æemi-circulaire qui effectue la découpe de la bavure doit, de préférence, etre affuté. L'angle de coupe de ce tranchant doit de préférence être inférieur à 60. On peut, en outre, prévoir un angle de dégagement sur ce bord tranchant.
Le déplacement périodique de la lame peut être assuré par des moyens méca-niques, électriques, hydrauliques ou pneumatiques et être contrôlé par une came,un micro-interrupteur ou un programmeur. Suivant une variante préférentielle, la lame est fixée sur une tige métallique, la course utile de la lame est provoquée par une came ou par un vérin agissant sur l'extrémité de cette tige et la course de retour est assurée par un ressort de rappel.
Le procédé conforme à llinvention et, en particulier, le dispositif mis au point pour son exécution sont, en outre, illustrés de façon plus détaillée dans la description qui va suivre d'une variante de réalisation. Cette description est toutefois donnée à titre purement illustratif et, dès lors, elle ne limite sn rien la portée de la présente invention.
Dans cette description, on se réfèrera aux figures des dessins annexés dans lesquels :
- la fig. I est une vue en coupe d'une préforme réalisée~par présoufflage suivant le procédé conforme à l'invention, la b~vure de fond étant découpée;
- la fig. 2 est une vue en coupe et en élévation du fond d'un moule de préforme;- la fig. 3 est une vue de profil du fond du demi-moule droit de la fig.2 ;
- la fig. 4 est une vue en perspective de~a lame d'ébavurage équipant les 7 ~0~5~6~

fonds de moule suivant les fig. 2 et 3 - la fig. 5 est une vue de détail du bord tranchant de la lame suivant la fig. 4.
Ain~i qu'il apparaît à la fig. 1, la préforme 1 réalisée suivant le procédé conforme a l'invention présente un fond 2 hemisphérique dont la bawre 3 est sectionnée. Cette préforme présente un goulot 4 moulé durant le pré-soufflage de la préforme. Ce goulot est surmonté d'un faux goulot 5 permettant la mise en forme de la préforme au moyen d'une aiguille de soufflage creuse ; (non représentée) qui a percé la paroi de ce faux goulot et laissé une trace 6.
; 10 Ce faux goulot est de préférence sectionné avant de procéder au soufflage final. La portion tubulaire de la préforme présente un diamètre qui est sen-siblement égal à celui de la paraison tubulaire de départ.
Pour réaliser cette préforme par présoufflage, on a utilisé un moule de préforme constitué de deux demi-moules dont on a représenté les fonds aux fig. 2 et 3.
Ainsi qu'il apparaît dans ces figures, la partie du fond de l'empreinte 7 des fonds des demi~moules 8 et 9 est de forme hémisphérique.
Leæ fonds des demi-moules constituent des parties séparées de celles i constituant la partie (non représentée) des corps des demi-moules. Cette dispo-sition permet de changer à volonté la longueur des préformes, en modifiant I simplement la longueur des parties de corps creux des demi-moules de préforme et en conservant les parties des fond. Il est toutefois bien évident que les , demi-moules de préforme peuvent être réalisés d'une seule pièce.
Ainsi qu'il appara~t plus particulièrement à la fig. 3, la cloison de l'empreinte dans la zone du fond hémisphérique 7 est amincie.
Une lame mobile 11 est disposée dans le demi-moule de fond 9 de façon à
pouvoir se déplacer autour de la cloison 10.
Cette lame 11 de forme semi-circulaire presente un diametre qui correspond a celui du fond de l'empreinte 7 et est de forme allongee et pourw e de rebords 12 et 13. Un ergot 14 préw a sa partie inferieure arriere est engage dans ` un bloc de commande 15 pouvant coulisser dans un logement 16 prew dans le fond du demi-moule 9 et qui est relié a une tige de commande 17.
; La lame 11 est soutenue par un support guide-lame 18 qui l'entoure et qui est solidaire du fond du demi-moule 9.
La partie utile de la lame 11 est pourvue d'un tranchant 19 dont l'angle a est de 30.
Cette partie est, en outre, affutee de façon a presenter un angle de coupe ~ de 30 et un angle de dégagement y de 15.
~e fonctionnement du disposi~if tel que décrit est le suivant.

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Lors de la fermeture du moule de preforme sur la paraison tubulaire, les cloisons 10 du fond de l'empreinte du moule écrasent la paraison enfermée dans le moule et la scellent de façon telle qu'une bavure 3 teborte de la cavite de l'empreinte dans le plan de ~eparation des moules.
La portion te paraison enfermee tans l'empreinte du moule est alors mise en forme par une technique connue te soufflage et son font prent une forme hémisphérique qui lui est imposee par 18 forme de l'empreinte du moule.
En fin de l'opération de soufflage et éventuellement te contitionnement thermique de la préforme soufflée, la tige 17 est déplacée vers la gauche (fig. 2) sous l'action d'une commande quelconque non représentée. De ce fait, la lame semi-circulaire 1I coulisse entre le fond du moule 9 et le support guide-lame 18 et son tranchant incline 19 découpe progressive~ent la bavure 3 au ras des cloisons 10 de l'empreinte 7. La lame est ensuite rappelée vers la droite 80US l'action d'un dispositif quelconque, non représenté, tel qu'un ressort de rappel.
Des que la lame a repris sa position initiale, le moule de préforme peut être ouvert et la préforme qui présente un fond hémisphérique parfaitement ébavuré peut être extraite.
Cette préforme apres un éventuel contitionnement thermique et l'élimina-; 20 tion tu faux goulot, est alors transférée dans un moule de soufflage définitif ou elle s'expanse d'une façon tres réguliere et se transforme en un corps creux orienté tépourvu de zones de faiblesse.
Les corps creux orientés en matieres thermoplastiques ont des propriétésmecanique~ remarquables. Notamment, ils ont une resistance au choc tres elevee et ils r~6istent tres bien à la pression interne. C'est pourquoi, ils trouvent leur utilisation principale dans l'emballage de la biere et des boissons gazeuses non alcoolisees.

Claims (8)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué
sont définies comme il suit:

1. Procédé pour la production de corps creux orientés en matière thermoplastique comprenant:
(1) l'extrusion d'une paraison tubulaire chaude et continue en matière thermoplastique (2) la formation par présoufflage de cette paraison de pré-formes de corps cylindrique dont le diamètre n'est pas supérieur de plus de 20% à celui de la paraison (3) le conditionnement thermique de ces préformes à une tempé-rature susceptible d'induire l'orientation de la matière thermoplastique lors de son étirage (4) le soufflage définitif des préformes themiquement condi-tionnées, caractérisé en ce que lors de la formation des préformes par présoufflage, la paraison est enserrée entre deux demi-moules dont l'empreinte a la forme, au niveau du fond de la préforme, d'une demi-sphère, chaque demi-moule ayant à cet endroit la forme d'un quart de sphère de diamètre égal à celui de la préforme; en ce que la paraison est retenue solidement entre les deux demi-moules de façon à ce qu'elle ait une portion située hors de l'empreinte du moule près du fond de la préforme et débordant hors du moule pour constituer une bavure reliée à la préforme le long d'une ligne semi-circulaire; en ce que cette bavure est détachée de la préforme, pendant que cette dernière est encore dans le moule, par déplacement d'une lame allongée à coupe semi-circulaire et ayant un diamètre qui correspond à celui de la paroi du fond de l'empreinte du moule de présoufflage; ce mouve-ment en étant un de va-et-vient perpendiculaire au plan de la bavure.

2. Procédé suivant la revendication 1, selon lequel la lame possède une partie tranchante dont le bord coupant est oblique à la direction de déplacement de la lame.

3. Procédé suivant la revendication 2, selon lequel ledit bord coupant fait un angle de 5° à 60° par rapport à un plan perpendiculaire audit déplacement.

4. Procédé suivant la revendication 1, selon lequel la lame agit à la fin du présoufflage de la préforme.

5. Dispositif pour la production de corps creux orientés en matière thermoplastique, comportant: des moyens aptes à fournir une paraison chaude et continue en matière thermoplastique; des moyens pour la production, par présoufflage à partir de cette paraison, de préforme de corps cylindrique dont le diamètre n'est pas supérieur de plus de 20% à celui de la paraison; de moyens pour conditionner thermiquement ces pré-formes à une température susceptible d'induire l'orientation de la matière thermoplastique lors de son étirage, et des moyens pour le soufflage définitif de ces préformes thermiquement con-ditionnées, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moule de présoufflage formé de deux demi-moules séparables, dont le fond de l'empreinte est de forme hémisphérique, un des demi-moules étant pourvu à sa base d'une lame allongée de section semi-circulaire et d'un diamètre cor-respondant à celui du fond de l'empreinte, la lame étant équipée de moyens assurant son déplacement périodique contre le fond de l'empreinte du moule et perpendiculairement au plan de ferme-ture de ce même moule.

6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé
en ce que la lame est soutenue au moyen d'un support guide-lame solidaire du fond du demi-moule sur lequel est montée la lame.

7. Dispositif suivant la revendication 5, caracté-risé en ce que la partie utile de la lame a un tranchant oblique.

8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé
en ce que l'angle du tranchant oblique est compris entre 5 et 60°.