CA1097861A - Procede et dispositif de fabrication de corps creux et corps creux obtenus - Google Patents

Abstract

Procédé de fabrication de corps creux transparents en téréphthalate de polyéthylèneglycol dans lequel on réalise une ébauche ou paraison que l'on expanse ensuite. Selon ce procédé, partant d'une ébauche ou paraison en matière chaude, on refroidit cette ébauche ou paraison rapidement à une température inférieure ou égale à la température de cristallisation et proche de celle-ci, à la suite de quoi on provoque rapidement une expansion de la matière à un taux suffisant pour obtenir une biorientation et un figeage avant cristallisation substantielle de la matière. Il y est aussi divulgué, un dispositif, pour la mise en oeuvre de ce procédé comprenant un équipage rotatif muni de poinçons défilant devant un poste d'injection et un poste destiné au soufflage, ce dispositif comportant des moyens pour réaliser une légère expansion de la matière autour d'un poinçon porté par l'équipage.

Description

~9786~
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-~97861 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 ~LQg ~861 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 .- : -,: .. - " ,. . ::, :: , ,:, -7~61 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.

~097861 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.

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.

.. . . ..

~ 097861 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 lQg7861 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.

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.

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 - 1~97~61 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 10 .
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.

_g_

Claims

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 fabriquer des corps creux transparents en téréphtalate de polyéthylèneglycol, comprenant les étapes consistant à:
a) injecter une paraison ou ébauche tubulaire chaude autour d'un mandrin refroidi dans un premier moule, b) refroidir rapidement l'ébauche à une température inférieure ou égale à la température de cristallisation de la matière et supérieure à sa température de transition vitreuse, c) soumettre ladite ébauche maintenue seulement par ledit mandrin à une expansion radiale et/ou axiale de faible amplitude, d) séparer complètement ladite ébauche dudit mandrin, e) introduire ladite débauche 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 cris-tallisation substantielle de la matière.