Procédé de moulage d'un article à couches multiples,
appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
et article moulé obtenu au moyen de ce procédé
Le présent brevet comprend un procédé de moulage d'un article à couches multiples, un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé et l'article moulé obtenu au moyen de ce procédé.
La présente invention utilise une propriété de certaines matières plastiques telles que le polystyrène à orientation biaxiale, propriété qui a été jusqu'à présent considérée comme indésirable, pour produire un effet avantageux dans la fabrication d'articles moulés à partir de feuilles de matière. Le polystyrène et certaines autres matières plastiques, quand ils sont formés en feuilles ou pellicules, ont une tendance à se bloquer , c'est-à-dire à se lier avec une feuille juxtaposée. Cette tendance est encore accrue lorsque les surfaces des feuilles en matières plastiques ont été préalablement traitées, par exemple par des décharges à effluve, par un traitement à la flamme, un traitement à l'acide ou similaire.
Ainsi, quand une feuille de polystyrène est exposée à une décharge à effluve et que la feuille est ensuite enroulée ou empilée sur d'autres feuilles, les surfaces se lient ensemble ou se bloquent , selon le terme consacré dans cette branche de l'industrie. On ne peut les séparer sans déchirer, abîmer ou froisser la surface. La présente invention utilise cette propriété particulière dans le procédé décrit ci-après pour le moulage d'articles rigides ou semi-rigides. On bénéficie à la fois d'une amélioration des propriétés physiques et d'économies de fabrication.
On a trouvé que le prix de revient par unité de poids d'une feuille en matière plastique n'est pas directement fonction de son épaisseur. Par exemple, une seule feuille ayant 0,75 mm d'épaisseur coûte plus cher qu'une feuille formée de trois couches de 0,25 mm. Ainsi, on pourrait réaliser des économies très importantes si des articles qui doivent être formés par moulage à partir de matières en feuilles pouvaient être stratifiés en deux ou plusieurs feuilles minces pour réaliser finalement le stratifié ayant l'épaisseur voulue. Dans la formation d'articles moulés à partir de matières en feuilles, particulièrement des articles non réutilisables, tels que l'emballage perdu pour produits alimentaires, il est certain qu'une économie sur les déchets constitue un facteur économique important.
La stratification des feuilles à l'aide d'un adhésif ne constitue pas une bonne solution pour le problème considéré, car l'adhésif est en lui-même un contaminant qui peut rendre les déchets récupérés pratiquement sans valeur, sans parler des frais additionnels de l'application de l'adhésif, d'enlèvement du solvant, etc.
Le simple fait de superposer deux ou plusieurs feuilles sans réaliser entre elles de liaison relativement solide ne constitue pas davantage une bonne solution pour le problème posé puisqu'il est impossible de mouler un article de forme désirée à partir d'un tel ensemble non assujetti de feuilles superposées. Si toutefois, on essaie de mouler un tel stratifié imparfait , le produit obtenu sera presque toujours déformé, contiendra des bulles, se séparera en divers endroits et d'une façon générale ne constituera pas un article commercialement utilisable.
La titulaire a trouvé qu'en traitant les surfaces des feuilles qui doivent être mises en contact mutuel, par exemple en exposant les surfaces à une décharge à effluve et en faisant suivre cette exposition à une compression desdites surfaces ensemble aux températures ambiantes, à l'aide de rouleaux de serrage, de plateaux-presseurs, etc., il se forme une liaison d'une force suffisante pour permettre la formation d'un article par étirage poussé, moulage par soufflage ou tout autre type de moulage à partir de la feuille
stratifiée, sans réduire aucunement la valeur des déchets ni affecter leur récupérabilité. On trouve qu'après un tel traitement les surfaces considérées sont hydrophiles.
La titulaire a également trouvé que les articles ainsi fabriqués présentent une résistance supérieure à celle des articles similaires formés d'une seule feuille de même épaisseur. Sur le plan pratique, l'aspect de l'article ne diffère guère de celui d'un article formé à partir d'une seule feuille de même épaisseur.
L'invention présente une utilité particulière quand on désire incorporer dans le stratifié des feuilles de couleurs différentes. On a trouvé que si les feuilles stratifiées par blocage sont soumises à un cintrage prononcé autour d'un petit rouleau ou du bord d'une plaque, les feuilles individuelles se séparent. De cette façon, les déchets de moulage d'articles pour la cons- truction desquels on a utilisé plusieurs feuilles de couleurs différentes peuvent être séparés en éléments de même couleur et le lot obtenu pour chaque couleur peut être récupéré, sinon les déchets provenant de feuilles stratifiées à plusieurs couleurs seraient d'une valeur très notablement réduite.
L'invention peut s'appliquer à la fabrication d'articles moulés rigides ou semi-rigides mais ne s'applique pas aux enveloppes, aux sacs souples, etc., pas plus qu'aux boîtes, cartons, etc., qu'on forme en
coupant et en pliant des feuilles de matière, par exemple selon la technique en vigueur dans l'industrie des cartonnages.
Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, on expose tout d'abord deux ou plusieurs feuilles ou bandes à stratifier à une décharge à effluve sous une tension élevée, dirigée contre les surfaces devant adhérer les unes aux autres. Après cela, on presse ensemble les surfaces traitées de deux ou plusieurs feuilles en utilisant dans ce but des plateaux-presseurs, des rouleaux de pression, etc., pour réaliser une liaison de blocage. Cette liaison de blocage maintient les feuilles fermement réunies aussi longtemps qu'on ne déforme pas l'ensemble, par exemple par un cintrage ou un pliage poussé. Les stratifiés ainsi formés peuvent alors être moulés en un article tel qu'un récipient, par des procédés connus tels que le moulage par soufflage, formage thermomécanique, étirage poussé, etc.
A titre de variante, on peut découper dans la feuille stratifiée des ébauches en forme de disques ou autres, et on utilise ces pièces découpées pour former les articles moulés. Cette dernière façon de procéder permet en outre de réduire les frais de transport si les ébauches préparées doivent être expédiées à un autre atelier où le moulage aura lieu.
On peut utiliser toute matière thermoplastique pourvu qu'un traitement par décharge à effluve développe dans cette matière la propriété de blocage , dans le sens où ce terme a été défini plus haut. Parmi ces matières, on peut mentionner le polystyrène orienté, le polyéthylène, le chlorhydrate de caoutchouc, le chlorure de vinylidène, etc. Il est également possible de lier par blocage des matières thermoplastiques dissemblables, par exemple le polystyrène avec les polymères et copolymères de chlorure de vinylidène, le polyéthylène, etc.
Au lieu d'une décharge à effluve, on peut recourir à d'autres procédés pour augmenter la tendance au blocage des surfaces, par exemple à l'acide ou à la flamme.
Dans la mise en oeuvre du traitement superficiel, par exemple par le procédé préféré de décharge à effluve, il est essentiel que la surface de la feuille soit propre et exempte de matières étrangères. La présence de poussières, de taches d'huile ou autres saletés sur la feuille risquerait de se traduire par une liaison défectueuse, même si le traitement de décharge à effluve était par ailleurs effectué dans les meilleures conditions.
La surface doit être exposée de façon uniforme à la décharge à effluve, afin d'assurer la régularité de la liaison lors de l'application de la pression. Il convient de faire remarquer que toutes les surfaces à lier doivent être traitées si l'on veut que le procédé soit efficace au maximum. Bien qu'un certain degré de liaison puisse se produire en ne traitant qu'une seule des deux surfaces en contact, la liaison risque d'être faible et manquer d'uniformité. Un certain manque d'uniformité peut apparaître à l'oeil, mais cet inconvénient n'est guère critique étant donné qu'au cours du moulage par pression pour la formation de l'article proprement dit, toute solution de continuité dans la liaison sera éliminée et la liaison de blocage complétée.
La formation des stratifiés doit avoir lieu dans un environnement propre, exempt de poussière, pour éviter la contamination des surfaces qui gênerait la réalisation de la liaison de blocage désirée.
Comme il a déjà été dit, les articles formés de feuilles stratifiées possèdent des propriétés mécaniques supérieures à celles des articles formés d'une seule feuille de même épaisseur. Ainsi, les récipients en polystyrène fabriqués de deux couches d'une épaisseur de 0,38 mm chacune présentent une résistance à la charge verticale statique de 10 à 15 O/o supérieure à celle d'articles similaires formés d'une seule feuille de 0,76 mm d'épaisseur.
Pour le moulage, la feuille peut être chauffée aux températures de moulage usuelles. Toutefois, il apparaît que les feuilles dont les articles sont formés peuvent ne pas subir un soudage intégral mais seulement une liaison de blocage. Cette liaison, en combinaison avec la rigidité produite par la forme géométrique de l'article, empêche la séparation des feuilles en utilisation normale et permet d'obtenir la structure améliorée dont il est question ici.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ainsi que quelques objets obtenus au 'moyen de cet appareil.
La fig. 1 est une vue de côté, en partie schématique, de l'appareil pour réaliser une liaison de blocage entre deux bandes de matière plastique.
La fig. 2 est une vue de côté, avec coupe partielle, d'un récipient à deux couches fabriqué au moyen de cet appareil.
La fig. 3 est une vue de côté, en partie schématique, d'un appareil pour lier par blocage trois bandes de matière plastique.
La fig. 4 est une vue de côté d'un récipient fabriqué avec interposition d'éléments carrés liés par blocage entre les bandes extérieures.
La fig. 5 est une vue de côté d'un récipient qui a été fabriqué avec interposition d'un disque lié par blocage entre les deux bandes extérieures.
Les propriétés superficielles d'une feuille thermoplastique subissent des changements considérables au cours du traitement, par exemple au cours d'une exposition à une décharge à effluve. Les surfaces non traitées ne possèdent pratiquement aucune aptitude à adhérer l'une à l'autre. Quand on expose des feuilles thermoplastiques à des décharges à effluve, elles acquièrent cependant une aptitude considérable à se lier par blocage. Un tel changement des caractéristiques superficielles obtenu par la décharge permet la réalisation d'une liaison résistante entre les surfaces ainsi traitées quand elles sont pressées l'une contre l'autre.
L'adhérence à la surface de séparation est suffisamment forte pour survivre au moulage et à la fabrication de l'article thermoplastique, mais cette liaison peut être rompue toutes les fois qu'on le désire en soumettant la feuille à un pliage, cintrage ou gauchissement non limité.
Le stratifié lié par blocage utilisé peut être formé de deux ou plusieurs bandes. L'épaisseur de chaque bande peut être différente de sorte qu'on obtient une feuille stratifiée ayant l'épaisseur désirée par le choix de bandes.
La fig. 1 représente schématiquement un appareil permettant de traiter et lier par blocage deux feuilles à stratifier, et ensuite de séparer les éléments des déchets. Des bandes de plastique 1 et 2 enroulées sur des bobines 3 et 4 peuvent avoir une épaisseur égale ou différente, mais donnant ensemble un stratifié ayant l'épaisseur désirée. Les deux bobines sont déroulées simultanément et les bandes sont mesurées.
Les bandes 1 et 2 sont envoyées simultanément à un appareil 5 de traitement par effluve où les surfaces des bandes sont soumises à une décharge à haute tension et haute fréquence. Dans l'appareil 5, les bandes passent sur des rouleaux principaux 6 et 7, et des électrodes 8 et 9 sont installées à côté de ces rouleaux pour que la surface intérieure de chaque bande reçoive une décharge. La distance entre les électrodes et la surface de la bande à traiter doit être uniforme sur toute la largeur de la bande pour assurer la régularité du traitement. La distance verticale entre l'électrode et la bande peut être légèrement différente.
Par exemple, des espaces compris entre 0,076 mm et 0,25 mm ont donné des résultats satisfaisants pour un courant d'une tension de 3000 volts et d'une fréquence de 3000 périodes, pour le traitement du polystyrène à orientation biaxiale. Les tensions et les fréquences utilisées peuvent être plus grandes qu'indiqué ou au contraire plus faibles. On peut également utiliser un courant continu, mais pour des raisons de sécurité du personnel on préfère le courant alternatif haute fréquence. La décharge à effluve haute tension donne aux surfaces traitées une aptitude de blocage quand on les presse ensemble.
Il s'est révélé utile de traiter de cette façon les deux surfaces destinées à venir en contact. Dans la plupart des cas, le traitement par décharge à effluve d'une surface seulement ne donne pas de résultats satisfaisants.
Après le traitement par effluve, les bandes sont dirigées sur une paire de rouleaux-presseurs 10 entre lesquels les bandes 1 et 2 sont passées ensemble.
L'efficacité de la liaison ou de l'adhérence est tribu- taire de l'absence d'air à la surface de séparation et de l'application d'une pression suffisante. Alors qu'une certaine augmentation de température peut accompagner la décharge à effluve, l'opération n'en est pas moins effectuée sensiblement à température ambiante qui est insuffisante pour provoquer le soudage thermique des feuilles. Une tension d'environ 1,8 à 2,7 kg/cm de largeur des rouleaux donne de bons résultats. La ten sion mise en jeu dépend ! aussi du matériau dont sont formés les rouleaux. Un rouleau est de préférence en caoutchouc ou en une autre matière élastomère. L'affinité des surfaces thermoplastiques traitées par une décharge à effluve pour d'autres surfaces traitées de même façon permet d'obtenir une forte liaison entre les bandes.
La feuille stratifiée ne peut être séparée à la main sans froisser, déchirer ou autrement détériorer les surfaces des bandes.
On envoie ensuite la feuille stratifiée par blocage à une presse de mise en forme 1 1 qui produit l'article stratifié. Pendant la mise en forme, la presse il sépare le récipient formé de la feuille stratifiée, en laissant les déchets sous forme d'une feuille continue.
Après la mise en forme, le résidu de la bande passe sur un petit rouleau 12 autour duquel ladite bande est soumise à un cintrage prononcé. Un rouleau associé 13 coopère avec le rouleau 12 pour obliger la bande stratifiée à se cintrer. Ce cintrage prononcé rompt la liaison entre les bandes individuelles du stratifié qui se séparent, chaque bande élémentaire du stratifié pouvant être enroulée sur un des rouleaux de reprise 14 et 15. Toutefois, si l'on préfère, on peut faire passer les bandes séparées dans des dispositifs de chauffage pour effectuer une désorientation classique. En raison de la très faible épaisseur des feuilles individuelles, la transmission de chaleur est améliorée et le prix de revient de la désorientation est abaissé.
Un récipient, pour un produit alimentaire, semirigide et dit remballage perdu , est représenté à titre d'exemple en fig. 2. Les parois 17 du récipient sont nervurées pour améliorer la résistance verticale et aussi la résistance à l'écrasement. La bordure 18 sur le haut du récipient est évasée vers l'extérieur pour recevoir un couvercle. On a déjà fabriqué des récipients moulés de ce type en partant d'une feuille à simple épaisseur d'une matière thermoplastique bon marché comme le polystyrène ou le polyéthylène. Les bandes 1 et 2 sont exagérées sur le dessin pour bien montrer que le récipient est formé de deux couches.
En réalité, les bandes sont liées tellement près l'une de l'autre qu'on a tout à fait l'impression que le récipient a été formé d'une seule épaisseur de matière plastique, sauf toutefois que les feuilles sont liées par blocage plutôt que soudées.
On a trouvé qu'un récipient fabriqué de bandes ainsi liées présente une résistance considérablement plus grande qu'un récipient fabriqué d'une seule feuille de plastique de même épaisseur. Ceci est particulièrement important pour des articles formés par étirage poussé, comme le récipient 16. Des récipients formés de trois bandes ayant chacune 0,25 mm d'épaisseur en polystyrène orienté, présentent une résistance verticale à une charge statique supérieure de 10 à 15 o/o à celle des récipients similaires formés en une seule feuille de polystyrène de 0,75 mm d'épaisseur.
Pour produire des articles en trois couches, on peut utiliser l'appareil représenté schématiquement à la fig. 3. Des bobines 19, 20 et 21 sont montées de façon commode pour permettre le déroulement simultané des bandes de plastique 22, 23 et 24 qu'elles portent. Toutes les bandes passent simultanément dans un appareil de traitement par décharge à effluve 25 dans lequel elles sont soumises à une décharge à effluve haute tension et haute fréquence.
La bande supérieure 22 n'est ainsi traitée que sur sa surface inférieure. La bande intermédiaire 23 est traitée sur ses deux surfaces et enfin la bande inférieure 24 n'est traitée qu'à sa surface supérieure. Si un plus grand nombre de bandes était utilisé, les bandes extérieures seraient traitées uniquement sur leurs surfaces intérieures respectives, tandis que les bandes intermédiaires seraient traitées sur les deux surfaces, à moins que pour une autre raison, par exemple aux fins d'impression, on désire rendre les surfaces extérieures également adhérentes.
Après le traitement par décharge à effluve, les bandes sont bloquées en les faisant passer entre des rouleaux de serrage 26. La bande stratifiée arrive ensuite dans une presse de mise en forme 27 ou autre appareil de moulage pour former un article lié par blocage. La bande liée par blocage formant le déchet arrive sur un petit rouleau 28 où elle est fortement cintrée pour rompre la liaison. Un rouleau associé 29 coopère avec le rouleau 28 pour effectuer ce cintrage prononcé. Chacune des bandes séparées du stratifié est enroulée sur un des rouleaux de reprises 30, 31 ou 32 ou autrement traitée comme il a été expliqué à propos de la fig. 1.
On peut aussi obtenir à peu de frais un récipient résistant et d'aspect agréable. Un récipient 33 (fig. 4) pourrait avoir un aspect festonné, et en outre coloré.
Le motif 34 est obtenu en introduisant un petit carré en matière plastique traité par effluves de façon à se lier par blocage entre les bandes en matière plastique au moment où elles sont comprimées entre les rouleaux 26. Ces petits carrés sont introduits à intervalles réguliers le long de la bande stratifiée et la dimension diagonale de chaque carré est plus petite que le diamètre de la bordure 35 du récipient. On a constaté que sous des charges de compression, les parties les plus faibles du récipient sont celles se trouvant le long des parois latérales inférieures. En conséquence, les carrés 34 ne donnent pas seulement un aspect décoratif mais aussi renforcent le récipient.
On peut réaliser d'autres effets décoratifs en superposant plusieurs carrés décalés de 450 par exemple les uns des autres, ou encore en introduisant un disque entre les bandes extérieures. Un récipient 37 entre les bandes extérieures duquel est introduit un disque 38 est représenté à la fig. 5.
La pièce intercalaire liée par blocage doit être placée en synchronisme avec les mouvements du moule pour donner des résultats satisfaisants. Des essais ont montré que sous des charges verticales, les récipients formés par étirage poussé cèdent sur la partie inférieure de chaque paroi latérale, et une pièce intercalaire ronde, carrée ou autre procure un renforcement pour le récipient dans la zone soumise aux plus grands efforts lors d'une charge de compression verticale.
Une application pratique consiste à fabriquer un récipient élégant pour protéger un contenu photosensible. Par exemple, un récipient ambré peut être composé d'une couche teinte 1 et d'une couche limpide 2 de polystyrène orienté. Après traitement, liaison de blocage, mise en forme et cintrage du déchet entre les rouleaux 12 et 13, les constituants peuvent être récupérés séparément.
Les ingrédients d'addition de nombreuses matières plastiques ont des compositions qui ne sont pas recommandées pour l'emballage de produits alimentaires ou sont interdits par les Services publics. Grâce au procédé décrit, on est Inaintenant en mesure d'incorporer une matière plastique approuvée et autorisée telle qu'un polystyrène orienté, servant de barrière physique entre le produit alimentaire et la matière plastique extérieure non autorisée.
Au lieu de procéder d'une manière continue avec liaison de blocage et d'utiliser une installation accessoire pour déstratifier et récupérer les éléments du stratifié formant les déchets de l'opération comme décrit ci-dessus, on peut partir de feuilles individuelles qu'on traite par décharge à effluve, qu'on lie par blocage, qu'on met en forme et qu'on déstratifie ensuite de la même façon que pour les bandes continues. D'autre part, on peut éventuellement substituer une presse à plateaux aux rouleaux de pression, pourvu toutefois que la pression soit régulièrement répartie sur toute la surface des feuilles.
REVENDICATIONS
I. Procédé de moulage d'un article en matière plastique, caractérisé en ce qu'on traite les surfaces de plusieurs feuilles de matière plastique pour rendre ces surfaces adhérentes ; on presse les surfaces traitées ensemble pour former un stratifié lié par blocage, et on moule la feuille ainsi liée par blocage pour former ledit article.
A method of molding a multi-layered article,
apparatus for carrying out this method
and molded article obtained by this process
The present patent includes a method of molding a multi-layered article, an apparatus for carrying out this method and the molded article obtained by means of this method.
The present invention uses a property of certain plastics such as biaxially oriented polystyrene, which property has heretofore been considered undesirable, to produce an advantageous effect in the manufacture of articles molded from sheets of material. Polystyrene and some other plastics, when formed into sheets or films, have a tendency to jam, that is, to bond with a juxtaposed sheet. This tendency is further increased when the surfaces of the plastic sheets have been previously treated, for example by corona discharges, by flame treatment, acid treatment or the like.
Thus, when a polystyrene sheet is exposed to a corona discharge and the sheet is then wound up or stacked on top of other sheets, the surfaces bond together or become stuck, as the term used in this branch of the industry. They cannot be separated without tearing, damaging or creasing the surface. The present invention uses this particular property in the process described below for the molding of rigid or semi-rigid articles. Both improved physical properties and manufacturing savings are benefited.
It has been found that the cost per unit weight of a plastic sheet is not directly related to its thickness. For example, a single sheet having 0.75 mm thickness costs more than a sheet formed of three layers of 0.25 mm. Thus, very substantial savings could be made if articles which are to be formed by molding from sheet materials could be laminated into two or more thin sheets to ultimately achieve the laminate having the desired thickness. In forming molded articles from sheet materials, particularly non-reusable articles, such as disposable food packaging, it is certain that saving on waste is an important economic factor.
Laminating the sheets with an adhesive is not a good solution for the problem under consideration, as the adhesive itself is a contaminant which can render the recovered waste virtually worthless, not to mention the additional expense of adhesive application, solvent removal, etc.
The simple fact of superimposing two or more sheets without making a relatively strong bond between them is not a good solution to the problem posed either since it is impossible to mold an article of the desired shape from such a non-secured assembly of overlapping sheets. If, however, an attempt is made to mold such an imperfect laminate, the resulting product will almost always be deformed, contain bubbles, separate in various places and generally not be a commercially usable article.
The licensee has found that by treating the surfaces of the sheets which are to be brought into contact with each other, for example by exposing the surfaces to corona discharge and following this exposure to compression of said surfaces together at ambient temperatures, to the Using clamp rollers, pressure plates, etc., a bond of sufficient strength is formed to allow the formation of an article by pushing, blow molding or any other type of molding from the sheet
stratified, without reducing the value of the waste or affecting its recoverability. It is found that after such a treatment the surfaces considered are hydrophilic.
The licensee has also found that the articles so manufactured exhibit a higher strength than similar articles formed from a single sheet of the same thickness. In practical terms, the appearance of the article does not differ much from that of an article formed from a single sheet of the same thickness.
The invention has particular utility when it is desired to incorporate sheets of different colors into the laminate. It has been found that if the block laminated sheets are subjected to severe bending around a small roll or the edge of a plate, the individual sheets separate. In this way, the molding waste of articles for the construction of which several sheets of different colors have been used can be separated into pieces of the same color and the lot obtained for each color can be recovered, otherwise the waste from sheets multi-color laminates would be of very significantly reduced value.
The invention can be applied to the manufacture of rigid or semi-rigid molded articles but does not apply to envelopes, flexible bags, etc., nor to boxes, cartons, etc., which are form in
cutting and folding sheets of material, for example according to the technique in force in the cardboard industry.
According to a preferred embodiment of the invention, two or more sheets or strips to be laminated are first exposed to a corona discharge under a high voltage, directed against the surfaces which are to adhere to each other. After that, the treated surfaces of two or more sheets are pressed together, using for this purpose pressure plates, pressure rollers, etc., to achieve a locking bond. This locking link keeps the sheets firmly together as long as the whole is not deformed, for example by bending or hard folding. The laminates so formed can then be molded into an article such as a container, by known methods such as blow molding, thermomechanical forming, stretching, etc.
Alternatively, disc-shaped blanks or the like can be cut from the laminate sheet, and these cut pieces are used to form the molded articles. The latter method further reduces transport costs if the prepared blanks have to be shipped to another workshop where the molding will take place.
Any thermoplastic material can be used provided that a corona discharge treatment develops the blocking property in this material, in the sense that this term has been defined above. Among these materials, there may be mentioned oriented polystyrene, polyethylene, rubber hydrochloride, vinylidene chloride, etc. It is also possible to block bond dissimilar thermoplastics, for example polystyrene with polymers and copolymers of vinylidene chloride, polyethylene, etc.
Instead of corona discharge, other methods can be used to increase the tendency of surfaces to block, for example with acid or flame.
In carrying out the surface treatment, for example by the preferred corona discharge method, it is essential that the surface of the sheet be clean and free from foreign matter. The presence of dust, oil stains or other dirt on the sheet could result in a faulty bond, even if the corona discharge treatment was otherwise carried out under the best conditions.
The surface should be exposed evenly to the corona discharge, to ensure the evenness of the bond when applying pressure. It should be noted that all surfaces to be bonded must be treated if the process is to be maximally effective. Although some degree of bonding can occur by treating only one of the two contacting surfaces, the bond may be weak and inconsistent. Some inconsistency can be seen to the eye, but this drawback is hardly critical since during pressure molding for the formation of the article itself any break in the bond will be eliminated. and the blocking link completed.
The formation of the laminates should take place in a clean, dust-free environment to avoid contamination of the surfaces which would interfere with the achievement of the desired blocking bond.
As already stated, articles formed from laminated sheets possess superior mechanical properties than articles formed from a single sheet of the same thickness. Thus, polystyrene containers made of two layers 0.38 mm thick each have a resistance to static vertical load of 10 to 15 O / o higher than that of similar articles formed from a single sheet of 0. , 76 mm thick.
For molding, the sheet can be heated to customary molding temperatures. However, it appears that the sheets from which the articles are formed may not undergo an integral weld but only a locking bond. This bond, in combination with the rigidity produced by the geometric shape of the article, prevents separation of the sheets in normal use and achieves the improved structure discussed herein.
The appended drawing illustrates, by way of example, one form of apparatus for carrying out the method according to the invention, as well as some objects obtained by means of this apparatus.
Fig. 1 is a side view, in part schematic, of the apparatus for producing a locking connection between two strips of plastic material.
Fig. 2 is a side view, partially in section, of a two-layer container manufactured by means of this apparatus.
Fig. 3 is a side view, in part schematic, of an apparatus for blocking three strips of plastic material.
Fig. 4 is a side view of a container manufactured with the interposition of square elements bonded by locking between the outer bands.
Fig. 5 is a side view of a container which has been manufactured with the interposition of a disc bonded by locking between the two outer bands.
The surface properties of a thermoplastic sheet undergo considerable changes during processing, for example during exposure to corona discharge. Untreated surfaces have virtually no ability to adhere to each other. When thermoplastic sheets are exposed to corona discharges, however, they acquire a considerable ability to bind by blocking. Such a change in surface characteristics obtained by the discharge allows a strong bond to be made between the surfaces thus treated when they are pressed against each other.
The adhesion to the parting surface is strong enough to survive the molding and manufacture of the thermoplastic article, but this bond can be broken any time desired by subjecting the sheet to bending, bending or warping. not limited.
The lock-bonded laminate used can be formed from two or more strips. The thickness of each strip may be different so that a laminate sheet having the desired thickness is obtained by the choice of strips.
Fig. 1 schematically shows an apparatus for treating and binding by blocking two sheets to be laminated, and then for separating the waste elements. Plastic strips 1 and 2 wound on spools 3 and 4 can be of equal or different thickness, but together giving a laminate of the desired thickness. The two coils are unwound simultaneously and the bands are measured.
Strips 1 and 2 are simultaneously sent to a corona treatment apparatus 5 where the surfaces of the strips are subjected to high voltage and high frequency discharge. In the apparatus 5, the bands pass over main rollers 6 and 7, and electrodes 8 and 9 are installed next to these rolls so that the inner surface of each band receives a discharge. The distance between the electrodes and the surface of the strip to be treated must be uniform over the entire width of the strip to ensure regularity of the treatment. The vertical distance between the electrode and the strip may be slightly different.
For example, gaps between 0.076 mm and 0.25 mm have given satisfactory results for a current of a voltage of 3000 volts and a frequency of 3000 periods, for the treatment of polystyrene with a biaxial orientation. The voltages and frequencies used can be greater than indicated or on the contrary lower. Direct current can also be used, but for personnel safety reasons, high frequency alternating current is preferred. The high voltage corona discharge gives treated surfaces a blocking ability when pressed together.
It has proved useful to treat the two surfaces intended to come into contact in this way. In most cases, corona discharge treatment of only one surface does not give satisfactory results.
After the corona treatment, the bands are directed onto a pair of pressure rollers 10 between which the bands 1 and 2 are passed together.
The effectiveness of the bond or adhesion is dependent on the absence of air at the parting surface and the application of sufficient pressure. While a certain increase in temperature may accompany the corona discharge, the operation is nonetheless carried out substantially at ambient temperature which is insufficient to cause thermal welding of the sheets. A tension of about 1.8 to 2.7 kg / cm of roll width gives good results. The voltage involved depends! also the material from which the rollers are formed. A roll is preferably made of rubber or other elastomeric material. The affinity of thermoplastic surfaces treated with a corona discharge for other surfaces treated in the same way makes it possible to obtain a strong bond between the bands.
The laminate sheet cannot be separated by hand without creasing, tearing or otherwise damaging the surfaces of the webs.
The laminated sheet is then sent by blocking to a forming press 11 which produces the laminated article. During the shaping, the press separates the formed container from the laminated sheet, leaving the waste in the form of a continuous sheet.
After shaping, the residue of the strip passes over a small roller 12 around which said strip is subjected to pronounced bending. An associated roll 13 cooperates with roll 12 to force the laminate web to bend. This pronounced bending breaks the bond between the individual strips of the laminate which separate, each elementary strip of the laminate being able to be wound onto one of the take-up rollers 14 and 15. However, if preferred, the separate strips can be passed through. heaters to effect conventional disorientation. Due to the very small thickness of the individual sheets, the heat transmission is improved and the cost of disorientation is lowered.
A container for a semi-rigid food product called a lost repacking is shown by way of example in FIG. 2. The walls 17 of the container are ribbed to improve the vertical strength and also the crush resistance. The rim 18 on the top of the container flares outwards to receive a cover. Molded containers of this type have already been made from a single ply sheet of inexpensive thermoplastic material such as polystyrene or polyethylene. Bands 1 and 2 are exaggerated in the drawing to show that the container is made up of two layers.
In reality, the strips are tied so closely together that it seems that the container was formed from a single layer of plastic, except however that the sheets are locked together. rather than welded.
It has been found that a container made of strips thus bound has considerably greater strength than a container made of a single sheet of plastic of the same thickness. This is particularly important for articles formed by deep stretching, such as container 16. Containers formed of three strips, each 0.25 mm thick, of oriented polystyrene, exhibit a vertical resistance to a static load greater than 10 to 15 °. / o to that of similar receptacles formed from a single sheet of polystyrene 0.75 mm thick.
To produce articles in three layers, the apparatus shown schematically in FIG. 3. Reels 19, 20 and 21 are conveniently mounted to allow simultaneous unwinding of the plastic strips 22, 23 and 24 which they carry. All of the strips simultaneously pass through a corona discharge processing apparatus 25 where they are subjected to a high voltage and high frequency corona discharge.
The upper strip 22 is thus treated only on its lower surface. The intermediate strip 23 is treated on its two surfaces and finally the lower strip 24 is only treated on its upper surface. If more tapes were used, the outer tapes would be treated only on their respective inner surfaces, while the middle tapes would be treated on both surfaces, unless for some other reason, e.g. for printing purposes, it is desired to make the exterior surfaces also adherent.
After the corona discharge treatment, the webs are clamped by passing them between clamp rollers 26. The laminate web then passes through a forming press 27 or other molding apparatus to form a clamp bonded article. The blocking bonded strip forming the waste arrives on a small roll 28 where it is strongly bent to break the bond. An associated roller 29 cooperates with the roller 28 to effect this pronounced bending. Each of the separate strips of the laminate is wound onto one of the take-up rolls 30, 31 or 32 or otherwise processed as explained in connection with FIG. 1.
It is also possible to obtain a durable and pleasant-looking container inexpensively. A container 33 (Fig. 4) could have a scalloped appearance, and furthermore colored.
The pattern 34 is obtained by introducing a small square of plastic material treated by corona so as to bond by locking between the strips of plastic material when they are compressed between the rollers 26. These small squares are introduced at regular intervals along of the laminate strip and the diagonal dimension of each square is smaller than the diameter of the rim of the container. It has been found that under compressive loads the weakest parts of the container are those along the lower side walls. Accordingly, the squares 34 not only give a decorative appearance but also strengthen the container.
Other decorative effects can be achieved by superimposing several squares offset by 450, for example from each other, or by inserting a disc between the outer bands. A container 37 between the outer bands of which a disc 38 is inserted is shown in FIG. 5.
The interlocking bonded spacer must be placed in synchronism with the movements of the mold to give satisfactory results. Tests have shown that under vertical loads, containers formed by deep stretching yield on the lower part of each side wall, and a round, square or other spacer provides reinforcement for the container in the area subjected to the greatest forces during a vertical compressive load.
A practical application is to make an elegant container for protecting photosensitive contents. For example, an amber container may consist of a tint layer 1 and a clear layer 2 of oriented polystyrene. After treatment, blocking bond, shaping and bending of the waste between the rollers 12 and 13, the constituents can be recovered separately.
The addition ingredients of many plastics have compositions which are not recommended for packaging food products or are prohibited by the utility. By virtue of the disclosed process, it is now possible to incorporate an approved and licensed plastic material such as oriented polystyrene, serving as a physical barrier between the food product and the unauthorized exterior plastic material.
Instead of proceeding in a continuous manner with a blocking connection and using an accessory installation to delaminate and recover the elements of the laminate forming the waste from the operation as described above, it is possible to start from individual sheets that are treats by corona discharge, which is bonded by blocking, which is shaped and then delaminated in the same way as for continuous bands. On the other hand, one can optionally substitute a plate press for the pressure rollers, provided however that the pressure is evenly distributed over the entire surface of the sheets.
CLAIMS
I. A method of molding a plastic article, characterized in that the surfaces of several plastic sheets are treated to make these surfaces adherent; the treated surfaces are pressed together to form a locking bond laminate, and the thus locking bonded sheet is molded to form said article.